黄土区水土流失严重，随着大规模的水土保持生态建设，研究该区嵌套流域LUCC的生态水文过程和协同变化规律，对于黄土区土地利用规划和管理及生态环境建设工程具有重要理论参考意义。本文以晋西黄土丘陵沟壑区蔡家川嵌套流域为研究对象，利用GIS技术和分形理论，计算了研究流域的地形地貌形态特征分形信息维数。选取流域分形维数值、流域面积、形状系数等7个重要地形特征指标，应用SPSS软件的系统聚类分析功能，以相似地形地貌特征流域的基础上，分析了流域土地利用格局变化对流域径流产沙的影响。基于研究流域的土地利用、土壤类型等信息数据和流域水文、气象资料，应用SWAT水文模型对嵌套流域的生态水文过程进行了模拟。本文首次在黄土区采用SWAT2005版最新提供的LH-OAT灵敏度分析模块和SCE-UA自动校准模块，快速准确的率定了模型所需重要参数，使模型在黄土区径流产沙的模拟具有较好的适用性。依据研究流域的径流产沙模拟结果，深入分析了嵌套流域的径流、输沙特征及水沙运移时空协同变化规律，同时探析了具有相似地形地貌特征的流域土地利用／森林植被变化和不同降水水平年对生态水文过程的影响，并建立了不同降水水平和不同森林植被覆盖的模拟情景，进行了流域水文动态响应预测分析。得到以下结论：农地对黄土区的径流产沙相对贡献率最大，荒草地次之：蔡家川流域降水因子对泥沙的影响要大于对径流的影响；森林植被具有明显的减水减沙的生态水文功能，森林和灌木林面积的增加，可增强抵抗降雨侵蚀的能力并更好的调节径流，植被因子对产沙的影响要远大于对径流的影响。