南京是长三角地区辐射带动中西部地区的重要门户,水资源的可持续利用对经济的可持续发展具有重要意义。受城市化和全球气候变化的影响,南京的母亲河-秦淮河正面临水环境恶化、河道萎缩、洪涝灾害等一系列危及河流健康的问题。水文模型是预测气候变化和土地利用变化对流域水文水资源影响的有效工具。然而,秦淮河流域存在秦淮新河和秦淮河两个入江通道,其中秦淮新河的流向受闸站抽排水影响而不固定,从而难以直接构建适合秦淮河流域的水文模型。基于此,利用多元统计方法探讨区域径流、水质、降雨、气温、土地利用等的演变规律和驱动机制;选用土地利用预测模型（CLUE-S）和气候变化预测模型（SDSM）预测流域土地利用和气候变化模式;耦合土地利用和气候变化预测结果,构建流域水文模型和非点源污染模型,从而模拟气候变化和土地利用变化对流域径流和水质的影响。首先,利用多元统计方法探讨流域径流和水质的演变规律和驱动机制。识别秦淮河流域武定门闸径流的时间序列特征发现,武定门闸的径流呈现一定的增加趋势,但由于非汛期秦淮新河抽水站的引江冲污以及汛期秦淮新河的分洪作用,非汛期武定门闸径流量的增加趋势更显著。而分析水环境质量的时空变异特征和朔源研究发现,CODMN、CODcr、NH4+-N、TN、TP是流域主要超标因子;2011-2014年秦淮河流域的水质较2000-2010年的水质有所改善,但仍然差于1990-2000年的水环境质量;采用聚类分析发现流域内的高、中、低污染区分别集中在葛桥、上访门桥、施家庄闸等监测点;通过朔源研究发现农业污染、工业废水、生活污染是其主要污染源,且社会经济发展、国家政策等也在间接影响水质。另外,土地利用和气候变化对区域径流和水质的影响机制还需通过模型进一步确认。同时,研究土地利用演变态势和驱动要素构建CLUE-S模型预测未来土地利用变化。流域土地利用变化的主要特点是城镇用地面积的成倍增加,旱地和水田面积的大量减少,并且建设用地的增加主要源于耕地的转入。城市人口的增长、社会经济的发展是流域土地利用变化的主要驱动力。进而构建CLUE-S模型模拟2035年不同情境下的土地利用变化特点（“自然发展情境”-S1,“优化情境”-S2）。相较于S1情境,由于设定了基本农田保护和环境保护用地需求,2035年S2情境主要以原有城镇用地为基础向外扩张,城镇用地的扩张和耕地面积的减少更合理,且土地利用更符合海绵城市建设的要求。然后,基于SWAT模型构建秦淮河流域水文模型和非点源污染模型,用以分析流域径流和水质变化的成因机制。通过设置流域外入水口功能来解决秦淮河流域的双出口问题和秦淮新河泵站抽水问题,结合闸站概化、土地利用、气象数据、污染源数据等构建适合秦淮河流域的水文模型和非点源污染模型。模型模拟结果表明城市化使得城市地表径流增加、铵盐和总磷污染负荷增加、泥沙流失量增加;而气候变化使得年径流增加,但却使得泥沙流失量减少、铵盐和总磷污染负荷减少;当同时考虑气候变化和城市化时,径流量和非点源污染负荷是增加的,且增加量要大于两者分别考虑时;通过比较发现气候变化是流域径流变化的重要原因,而城市化是秦淮河流域水环境质量恶化的重要原因。最后,耦合SWAT模型、土地预测模型、气候预测模型用以模拟未来水文和水质过程。2035年两种土地利用情境下的径流、泥沙流失量、铵盐负荷、总磷负荷等仍呈现增加的趋势,但是S2情境下的土地扩张带来了较少的非点源污染和地表径流增加;2015-2050年两种气候情境下径流是增加的,非点源污染总体上是减少的,两者之间的差异性不大;未来气候和土地利用同时变化时对径流和非点源污染产生的综合叠加效应更强烈,通过结果比较发现区域城市化如若仍以目前的速度进行发展,未来城市化对径流的影响将超过未来气候变化带来的影响,也就是说未来城市化将是引起水质恶化和径流增加的主导因素。由此提出变化环境下的流域保护对策,以促进水资源、水环境、水生态的协调发展。