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20世纪90年代以来，土地利用/土地覆被变化(LUCC)问题引起国际组织和世界各国的普遍关注；与此同时，四大全球变化计划(DIVERSITAS、IGBP、IHDP、WCRP)联合组建地球系统科学联盟(ESSP)，旨在开展综合集成、跨学科交叉的粮食、碳、水、人类健康等四大关系人类生计与生存的关键可持续性问题方面的研究。其中，“变化环境下的水文循环研究”是全球水系统(GWSP)的核心科学问题，气候变化与土地利用/覆被变化(LUCC)则是变化环境的重要表现。因此，气候变化与土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水循环以及洪水干旱和水资源的影响已成为当前全球变化研究的重点与热点。
论文以东江流域及其几个典型子流域为例，以流域水文学为基础，应用现代空间观测技术、计算机技术以及建模等手段，基于植被、气候、水文、土壤、土地利用和地形数据构建东江流域地理信息数据库；以东江流域整体为对象，从大中尺度上研究该流域的土地利用、气候要素和水文系统要素的时空分布和动态变化特征，分析土地利用与气候变化的水文系统响应；基于RS、GIS与DEM技术构建东江流域分布式水文模型．DJWDHM，探讨流域土地利用、气候和水文要素之间的相互影响和响应，并利用该模型预测了未来变化情景下气候与土地利用变化对水文系统的影响，定量的识别了二者的贡献，为东江流域社会经济的发展，特别是为流域土地资源可持续性发展、水资源的有效利用和调配等提供决策依据，对洪涝和干旱做出评估分析，提出合理的决策建议。论文主要研究成果如下：
(1)收集了东江流域气象、水文、植被、土壤、地形数据、遥感数据和野外调查数据，在GIS平台上较为完整地构建了包括土地利用类型图层、植被类型层、气象因子层、水文参数层、土壤属性层和地形因子层等组成的地理信息数据库。
(2)基于RS与GIS技术，应用美国国家航天航空局最新的全球植被指数变化研究数据(GIMMS)，对珠江流域1982-2003年间的地表植被覆盖的空间分布及时间序列变化进行了综合分析。并在此研究基础上，采用多维空间信息综合地表植被分类方法对珠江流域地表植被进行了综合分类，获取了珠江流域较高精度的植被类型分布图。
(3)应用以遥感观测数据驱动的GLO-PEM模式模拟估计的NPP数据，对珠江流域1981-2000年间的地表植被净初级生产力的空间分布及时间序列变化进行了综合分析。结果表明，受气候和土地利用变化的影响，20年来珠江流域的NPP整体上呈现了不显著减少的趋势，但存在明显的区域差异性和较大的空间异质性。
(4)结合东江流域土地利用的实际情况，构建了东江流域土地利用分类系统；并采用决策树分类法与BP神经网络相结合的综合分类模型，对流域两期遥感图像进行分类。结果表明，研究区从1980年代初到2000年土地利用与植被覆盖发生了较大的变化，特别是建设用地在空间上分布呈现从集中向分散的趋势发展，充分反映了建设用地从中心向外围扩展的空间分布格局。
(5)基于DEM与GIS技术，提出了一种利用神经网络进行气候要素空间插值的新方法—．BPANNSI：并将该方法与非参数统计方法相结合，全面系统地分析了东江流域气候要素在时空场中的变化情况。结果表明，东江流域1956-2000年降雨量不存在明显的变化趋势，不存在突变点，存在明显的12年周期震荡；平均气温整体的上升趋势非常显著，1990年前后发生了非常明显的变暖突变；流域年蒸发皿蒸发量整体的下降趋势非常显著，且在1986年前后发生了非常明显的下降突变。
(6)应用统计方法分析了东江流域近45年来的水文系统变化情况及其对气候与土地利用变化的响应。结果表明：博罗站年天然径流序列增加趋势不明显，这与流域降雨量变化趋势非常相似，没有通过突变检验，但存在明显的12年主周期震荡：博罗站年蒸散发量下降趋势不明显，也没有通过突变检验；博罗站径流系数增加趋势不明显，没有通过突变检验，但也呈现出了一定的变化，即博罗站径流系数序列1973年发生了由少到多的变化，但没达到显著性水平。东江流域气候与土地利用变化对水文系统的影响较为复杂，传统的统计分析方法很难将二者的贡献定量化，更难以反映二者的空间演变特征对水文系统的影响，需寻求新的方法加以解决。
(7)基于RS、GIS与DEM技术，构建了东江流域分布式水文模型-DJWDHM，其模拟精度与三水源新安江模型及SWAT模型得到的结果相当。利用该模型模拟了流域气候与土地利用变化对水文要素的影响。结果表明：对整个东江流域而言，1990年代与1980年代相比，降雨量减少13.7mm，占多年平均降雨量的0.8﹪，平均气温增加了0.39℃，占多年平均气温的2．0﹪；LUCC与气候变化引起的径流深减-27.0mm，其中，LUCC导致径流深增加了14．3mm，约占实际变化量的25.7﹪；气候变化引起东江流域径流深减少了41．3mm，占实际年变化量的74.3﹪。
(8)利用系统动力学模型与BPANN-CA模型的理论框架，构建了东江流域土地利用变化系统动力学模型及其时空变化模拟模型-LUSD。基于LUSD模拟的5种土地利用情景，利用DJWDHM模型分别预测了5种土地利用情景的水文系统效应。结果表明：流域未来5种土地利用情景下的土地利用变化都将使流域径流深逐渐增加，蒸发量逐渐减少，土壤含水量减少；流域径流深随CN的增加而增加，随CN的减少而减少；蒸散发量和土壤含水量随CN的增加而减少，随CN的减少而变大；土壤含水量对土地利用变化的敏感性比径流深和蒸散发量的敏感性要大。
(9)根据对东江流域45年来的气候变化趋势分析结果，在参考国内外的一些研究成果和有关资料的基础上，不考虑降水强度和气温空间分布变化，建立了未来15种气候波动情景，并利用DJWDHM模拟了这15种气候变化情景下的水文系统效应。结果表明：东江流域径流和土壤含水量随降雨量的增加而增加，随气温的升高而减少；径流和土壤含水量对降雨变化的敏感性比对气温的敏感性要大；径流比土壤含水量对气候变化的敏感性大的多，枯水期径流和土壤含水量比丰水期径流和土壤含水量对气候变化的敏感性要大。