大气-植被-土壤系统中的水循环过程直接关系到人类可利用的水资源量,也关系到人类赖以生存的生态环境质量。近年来以全球变暖为标志的气候变化和剧烈的人类活动,深刻地影响着流域生态水文过程和水资源量。预测和应对未来气候环境变化对水循环和水资源量的影响,需要研究流域生态与水文过程的相互作用机理及其变化规律。论文通过分析我国不同气候和下垫面条件下流域生态水文过程的变化,基于流域水热耦合平衡原理和生态最优性理论,分析了流域植被水文变化关系,量化了中国不同气候环境下植被变化对流域年径流的影响;在典型区域黄土高原,估算了生态水文平衡条件下的植被覆盖度,探讨了过度植被恢复的生态水文响应。论文首先在中国挑选下垫面变化主要来自植被变化的流域,基于这些流域的观测数据建立了Budyko水热耦合模型参数变化与植被变化的经验关系,结合Bukydo参数变化与流域年径流变化的关系,得到了量化植被变化对流域水量平衡影响的经验公式。然后,论文通过耦合Budyko模型,Porporato随机土壤水模型和Guswa植被根深模型,建立了Budyko模型参数的解析表达式。基于该公式推导出Budyko参数变化与植被变化的解析关系,得到了径流变化植被弹性系数的解析计算公式。经验与解析方法的结果,均揭示了流域水文过程对植被变化的敏感性主要受气候条件的控制,且两者总体具有较好的一致性。采用径流变化气候和植被弹性系数的解析计算公式,论文进一步量化了过去30年气候和植被变化对中国多年平均径流量的影响。同时,根据CMIP5气候模型预测数据,分析了未来21世纪中国气候和植被的变化及其对多年平均径流量的可能影响。针对生态水文过程发生显著变化的黄土高原地区,论文应用Eagleson生态水文模型和生态最优性理论,估算了黄土高原生态水文平衡条件下的植被覆盖度,与实际植被覆盖度相比较,识别了过度种植区域,评估了过度植被恢复及不同植被恢复类型对土壤水分的影响。基于CMIP5气候模型预测数据,进一步估算了未来气候变化对黄土高原平衡植被覆盖度的潜在影响,并提出了植被恢复的建议。论文对中国典型流域植被水文相互作用机理及变化规律研究,为理解我国当前流域生态水文过程变化,量化气候和植被变化对流域水资源量的影响以及指导未来流域生态修复工程提供了重要理论基础和科学依据。