黄土高原水土流失情况及其治理问题始终是社会关注的焦点。近年来,随着黄土高原地区水土保持工作的开展,黄土高原环境恶化得到有效缓解和抑制。但同时,径流和输沙锐减的新问题也随之出现。这主要是由当地气候变化和人类频繁活动所致。因此,为明确黄土高原地区不同土地利用和气候变化对流域产流产沙及其水沙过程的影响,本研究以甘肃省天水市北部的罗玉沟流域为研究对象,基于流域下垫面及水文气象资料,在分析当地典型年份的土地利用特征及1986-2010年气候变化趋势的基础上,采用SWAT水文模型探究罗玉沟流域在不同土地利用及气候条件下的水沙状况。主要研究结论如下:(1)SWAT模型适用于罗玉沟流域水沙模拟。采用决定系数(R2)和纳什效率系数(Ens)评价模型适用性,以1986-1995年为校准期,模型模拟月径流的R2和Ens分别为0.79、0.75,模拟月泥沙的R2和Ens分别为0.79、0.67;以1996-2000年为验证期,模型模拟月径流的R2和Ens分别为0.80、0.65,模拟月泥沙的R2和Ens分别为0.70和0.63,均大于0.6,符合模型应用标准。(2)SWAT模型不确定性在可接受范围内。参数不确定性分析结果表明,在循环迭代过程中,“异参同效”现象普遍;目标函数值Ens随CN2的变化规律明显,表现为先增大后趋于稳定。模型不确定性分析结果表明,模拟月径流时,衡量模型不确定程度的P、R值分别为0.67、1.08,模拟月泥沙时分别为0.63、1.03,符合模型不确定程度的要求(P>0.6,R<1.5时不确定程度符合要求)。(3)不同土地利用格局情景模拟的分析结果表明,在各土地利用类型比例一定的情况下,林地集中分布较分散分布时的流域产流量、产沙量最大可分别减少4%、27%左右,但集中程度存在一个阈值,大于该阈值后流域产流产沙量无明显变化。虽然不同格局下流域出口的产流量差异不大,但流域内部产流产沙过程有所不同;林地分布在流域上部时,流域上部出口的产流产沙量较其分布在中部或下部时最大可分别减少23.8%、50.89%,上中部产流产沙量最大可分别减少12.3%、33.03%。因此,调整流域土地利用时可适当提高林地集中程度;重视流域产流产沙源头的土地利用优化,在流域产流产沙源头可采取减水减沙效果更好的植被措施,尽量避免因频繁的人类活动而增加源头来水来沙。(4)未来不同气候情景模拟的分析结果表明,当温度不变,降雨依次增加5%、10%、15%、20%时(情景1),流域产流产沙量也随之增加,且增幅随雨量增加而增大,径流增幅大于泥沙增幅;当降雨不变,最高温度和最低温度升高0.3℃时(情景2-0),径流、泥沙分别减小2.5%、1.5%左右;当降雨增加,最高温度和最低均升高0.3℃时(情景2),流域产流产沙量增大,但增幅小于情景1时的增幅,且两组情景的增幅差距随降雨增大而扩大,在产流产沙量方面,情景1较情景2分别减少4%、3%左右。因此,降雨和温度交互作用对流域径流、泥沙产生影响,在这个过程中,温度的影响会随降雨增幅的增加而被放大;降雨在流域内分布的均匀程度也是引发水沙变化的因素之一。