本文依托于国家自然科学基金“面向流域的城市化水文效应与城市可持续发展研究”,以南四湖流域作为研究区,探讨土地利用变化与流域自然水循环的耦合机制及演化规律,为后期流域水环境保护及土地利用管理提供决策支持。1987、2000、2014年南四湖流域土地利用均以耕地和建设用地为主,且建设用地发展最为迅速;1987~2000、2000~2014年两个阶段土地利用变化主要表现为林草地、耕地向建设用地转换,且转换幅度后一阶段明显高于前一阶段。自然环境结构上,100 m高程内、0.44~0.568植被指数、6 km河流缓冲区内建设用地变化最显著;行政区划和河流流域上,蟠龙河流域内的枣庄市、城市流域内的滕州市、洸府河和梁济运河流域内的济宁市、洙赵新河流域内的菏泽市用地类型变化最为突出。人口增长、经济发展及土地利用管理政策等人为因素是土地利用变化的主要驱动因素。采用SWAT分布式水文模型对南四湖流域水文过程进行模拟,结果表明:受土地利用变化影响,1987~2000、2000~2014年两个阶段流域内年平均径流深、基流、蒸散发变化幅度分别为0.57%、-1.49%、0.07%,0.99%、-7.88%、0.53%;受降水影响,1987~2014年间枯水年径流深、基流、蒸散发三个水文参数响应最明显,平水年次之,丰水年最弱;月尺度变化特征为,两个阶段流域内各月径流深均呈增加趋势,各月基流均呈减少趋势,蒸散发6~8月减少,其余月份增加,且三个水文参数后一阶段变化幅度明显高于前一阶段。空间上,受南四湖流域“南北高,中间低”降水格局的影响,径流深、基流也呈现此格局;由于菏泽市区、曹县、滕州市区、枣庄市区城镇化的迅猛发展,对应洙赵新河、东鱼河、城河、蟠龙河流域径流深增加、基流减少显著;对于蒸散发而言,沿湖区的河流流域内蒸散发增加突出,四周蒸散发量减少显著。林草地、耕地减少,建设用地增加对径流深起正效应,对基流、蒸散发起削减作用;不同土地利用背景下,鉴于建设用地基础和转换幅度的差异,不同流域内三个水文参数对其敏感性响应不同;情景三中蟠龙河流域中游、洙赵新河下游水文参数敏感性较高,对其开发建设应该谨慎,对开发后的生态环境后果应高度关注。