水土资源是人类赖以生存和发展的物质基础,随着科学技术和社会经济的发展,人类对水土资源的利用程度不断加深,人口增长对水土资源的压力日益加大,引起了各种生态环境问题。2011年中央一号文件指出“水是生命之源、生产之要、生态之基”,“十三五”规划提出要坚持最严格的耕地保护制度,坚守耕地红线,推进土地整治,促进绿色农业和城乡协调发展,水土资源综合利用及优化配置是国家发展亟待解决的重要问题之一。论文以关中-天水经济区为研究对象,基于研究区主要气象站点的气象数据、遥感影像数据、DEM及社会经济统计数据等,以GIS和RS技术为支持,首先选用水土资源承载力(WCC和LCC)和水土资源承载指数(WCCI和LCCI)模型,对研究区2006-2015年的水土资源承载力及时空分布进行了测评;进而运用自回归积分滑动平均模型(ARIMA)和神经网络模型(BP)预测了研究区2020年和2025年的社会经济用水量,运用CA-Markov模型模拟预测了研究区2020年和2025年的土地利用空间分布;在此基础上,运用灰色线性规划(GLP)方法,以土地资源类型为决策变量,以生态和经济效益之和最大化为目标函数,以不同的水资源供需情景为约束条件,模拟了基于不同水资源丰度(丰水年、平水年、枯水年)和不同生态需水等级的多情景的“面向生态”的水土资源配置方案。研究有利于实现区域水土资源的高效利用,对促进西部大开发及“一带一路”的经济发展有重要意义,研究结果可为相关部门进行土地资源整治和制定水资源优化调度方案提供科学参考。主要研究结论如下:(1)水土资源承载力具有时空差异性关中-天水经济区水土资源承载力处于不同程度的超载或临界超载状态,空间尺度上,土地资源承载力超载的市域有杨凌区、西安市、商洛市、铜川市和天水市,人粮平衡的有宝鸡市、渭南市和咸阳市,无粮食盈余市域;水资源承载力均处于超载状态,各地区的水资源与土地资源存在匹配不均衡问题。时间尺度上,从2006-2010年到2011-2015年,土地资源承载力降低的地区有西安市、咸阳市、宝鸡市、渭南市、商洛市和杨凌区,土地资源承载力提高的地区有天水市和铜川市,严重超载的市域增加了2个,过载的市域减少了3个,新增了3个临界超载市域,平衡有余的市域减少了2个;从2006-2010年到2011-2015年,水资源承载力降低的为咸阳,从临界超载变为超载,其他地区的水资源承载力有所提高,但保持原有的承载力等级,属于水资源超载地区。(2)水土资源利用时空变化大研究综合运用奇异值分解法(SVD)、自回归积分滑动平均模型(ARIMA)、BP神经网络模型,预测出研究区2020年和2025年的社会经济需水量分别为:61.71亿m~3和62.52亿m~3,社会经济需水量随时间呈增长趋势。2025年相比2015年社会经济需水量增加了5.01亿m~3,年均增长率为0.87%。研究区土地利用变化趋势整体表现为:耕地、草地、未利用地逐渐减少;林地、建设用地、水域逐渐增加;耕地、林地、草地和建设用地变化较为显著。从2015年到2025年,耕地面积减少了3825.80km~2,建议未来严格控制耕地资源的流失量;草地面积减少了2079.35km~2,主要转化为建设用地和林地;未利用地面积积略有减少;林地面积增加了3727.73km~2,主要分布在国家级子午岭森林保护区、国家级六盘山森林保护区、省级秦岭-关山森林保护区等;建设用地增加了2135.06km~2,主要原因是区域城市化的发展;水域略有增加,与区域引水工程、人工水库的修建等实施有关。(3)不同规划年下水土资源配置情景模拟方案存在多样性和或然性基于不同的水资源供给模式和不同的需水等级情景,总共模拟了21种配置方案,其中可行的水土资源配置方案有11种情景。研究区现状年的水资源供给状况可满足土地资源系统的最小、较小生态需水,即低配方案和中配方案具有可行解。预计2020规划年,丰水年的水资源供给状况可以满足土地资源系统的最小、较小和中等生态需水,即低配、中配、高配方案都有解;平水年的水资源供给状况只能满足最小生态需水,低配方案有解,中配、高配方案无解;枯水年的水资源供给状况均不能满足土地资源系统的生态环境需水,低配、中配、高配方案均无解。预计2025规划年,丰水年的水资源供给状况可以满足土地资源系统的最小、较小和中等生态需水,即低配、中配、高配方案都有解;平水年和枯水年的水资源供给状况可满足土地资源系统的最小生态需水,无法满足更高等级的生态需水,即低配方案有解,中配、高配方案无解。研究的特色与创新点如下:(1)研究综合运用了SVD法、ARIMA模型、BP神经网络模型等多种数学模型进行社会经济需水量测评并且取得了精度较好的预测结果,为水土资源优化配置提供了基础数据。(2)探讨了在丰水年、平水年和枯水年以及满足土地资源系统不同生态需水等级的多情景水土资源优化配置方案的多样性和或然性,同时运用CA-Markov模型对土地利用的时空分布进行模拟预测,充分体现多情景模拟和时空尺度有机结合特点。