变化环境下的水文水资源研究是当前水文科学的热点问题之一,气候变化和人类活动是造成流域水文过程变化的两个主导因素。随着社会经济的发展和人类对环境干扰强度的增加,水系结构、水文过程和河流健康受到的外源性干扰越来越大。城市化进程中,人类活动改变了河流下垫面,土地利用状况发生了显著变化,河流水系被改造,原有的自然平衡状态被打破。城市化发展对下垫面、河流水系的改造,必然引发流域水文过程的变化,进而导致区域洪涝灾害、水资源与水环境等问题频繁发生。因此,快速城市化地区的河流水系演变、水文过程变化以及由此引发的河流健康问题亟待研究。秦淮河流域位于长江下游的南京市和镇江市境内,半个世纪以来,随着城市扩展和开发区建设,高强度的人类活动导致流域洪涝和水环境问题日益突出。河网水系主干化,调蓄能力下降;汛期河道水位居高不下,小水大灾现象明显;河流自我修复能力下降,城市河流健康状态堪忧。因此,研究快速城市化下的秦淮河中下游平原区水系格局、水文效应及河流健康兼备理论和实践意义。基于自然地理学、河流地貌学、水文学等理论,综合运用RS和GIS、时间序列分析等方法,研究了秦淮河中下游地区河网水系演变及其对水文过程的影响。采用1960s、1980s、2010s年代三期水系与长序列水文气象数据,分析了以城市化为主的人类活动对河流水系、河网调蓄、降雨和水位的影响;借助分布式水文模型,开展了秦淮河流域城市化暴雨洪水响应的定量研究;并基于秦淮河流域河流健康综合评价,从城市、区域和流域三个节点层次提出了管理对策。首先,分析了城市化背景下秦淮河流域的下垫面和水系格局演变。基于不同时期遥感影像,运用ERDAS软件解译,得到流域土地利用分布图。计算土地转移矩阵和城市土地扩展强度指数,依此将水利片区划分为高、中、低度城市化区域,作为研究区城市化水平的判断依据。1979-2010研究区下垫面总体表现为城镇建设用地快速增加,水体面积微增,水田、旱地等农用地小幅下降、林地下降明显。利用1:50,000地形图,结合高分辨率遥感影像,提取1960s、1980s、2010s三期水系;采用河流地貌学水系结构参数,对该区水系特征、演变进行分析。研究表明,随着城市化水平提高,河网结构简化,河网稳定程度减弱,河网水系调蓄能力与城市化水平总体呈逆向关系。其次,研究了城市化背景下秦淮河流域水文过程变化。以1960-2010年降水实测数据为基础,采用统计分析方法,对城区和郊区若干降雨指标的差异进行对比分析。选取东山站及武定门站逐日数据,采用变化范围法,研究了人类活动前后的水位变化,探讨城市化对流域水文情势的影响。其中,月平均水位呈现中低度改变,汛期的改变较为显著;年最小极端水位呈现出较高幅度改变,年最大极端水位受到较低程度影响;年极端水位发生时间、高低水位的次数及延时、水位变化改变率及频率基本呈现出中低幅度改变。说明水文情势在人类活动干扰下已不同程度地偏离自然状态。建立流域降雨径流综合模拟模型,动态模拟快速城市化地区的降雨径流过程,主要分析了流域不同土地利用变化的暴雨洪水响应,为变化环境下水文规律分析提供支持。最后,综合评价了城市化背景下流域水环境及河流健康。以水文学、河流地貌学、景观生态学、环境科学等多学科作为理论支撑,在探讨河流水系变化对水循环要素以及水文过程影响的基础上,分析城市化流域水环境状况。基于传统的熵值分析法,将涵盖关联函数及关联度表达式的物元分析法运用到河流健康综合评价中,建立了河流健康的熵权物元模型,综合评价秦淮河流域河流健康的时空特征。基于河流健康的影响因素和机制,按照城市、区域和流域三个层次,提出了改善河流健康的对策措施,以期为秦淮河流域河流健康管理提供参考。综上,本文选取城市化快速发展、洪涝灾害频繁发生的秦淮河流域,深入地探讨了城市化背景下区域河网水系、水文过程的变化,揭示了城市化等人类活动影响下水系演变的影响因素和水文过程变化主要特征。建立城市化地区水文模型,动态模拟了城市化后暴雨洪水过程,为该地区防洪减灾提供依据。进一步研究了城市化背景下河流健康的综合评价与管理对策分析,结论将为该地区水系保护、水资源持续利用、水环境保护提供有力支持,也为其他流域城市化区水文情势变化下的河流管理研究提供参考。