不透水表面(ISA)增加产生的生态环境变化已经成为当前流域生态环境研究的重要问题之一。随着城市化进程的快速发展,流域内不透水地表的面积大幅增加,导致地表径流增长及水土流失加剧。水、土资源的流失不仅产生大量的泥沙淤塞江河湖泊,加剧洪水灾害和内涝;而且,水土流失加剧会增加对地表污染物的携带能力,导致污染物直接以径流的方式进入河湖,加剧河湖污染,进而改变流域的地表水环境,削弱区域的可持续发展能力。滇池是我国重要的高原淡水湖泊,不仅具有独特的地理区位与生态服务功能,而且也是昆明市社会经济发展与人民生产生活的重要支撑性资源。近15年以来,城市化的快速发展使得滇池流域生态环境问题凸显。为此论文选择滇池流域为研究区,基于“格局—过程—效应”理论,在探索不透水表面格局演变规律的基础上,构建径流模型、土壤侵蚀模型模拟近15年来滇池流域径流量、径流深及土壤流失量的变化,制作变化图谱。然后,将ISA格局指数与水土流失进行相关性分析,探索不透水表面的格局演变与水土流失的相互作用机理,揭示不透水表面变化下的水土流失演变过程与响应模式。最后,通过建立不同ISA覆盖度场景,进一步探索ISA与水土流失相互作用关系。本文的主要研究内容及成果包括以下几个方面:(1)流域ISA格局时空演变规律。在借鉴景观格局指数理论知识的基础上,从ISA的形态、大小、数量、密度等方面建立了包含斑块面积、斑块所占面积比例、斑块数、平均斑块面积、总边缘长度、边缘密度、平均形态指数7个ISA空间格局指数。通过对这7个指标的统计分析发现,流域在1999年~2014年间ISA增长快速,斑块面积、斑块所占面积比例、斑块数、总边缘长度均呈几何级增长,ISA的破碎度增大,斑块边缘变得越来越规则。与此同时,通过利用多距离空间聚类分析方法发现ISA在空间上一直保持相对聚集的分布模式,这与昆明市城市建设发展的模式相吻合。(2)流域地表径流量和土壤侵蚀量模拟计算。将GIS技术与SCS-CN径流模型集成,得到流域径流深时空演变系列图谱,通过分析径流深的变化发现,其值的大小与降雨量关系密切,枯水年值偏低,丰水年值偏高,近15年的均值为326mm;空间上,总体上呈北高南低分布状态;在径流深基础上,计算获得流域主要入湖河流径流量,计算发现主要入湖河流径流量多年平均值为3.53亿立方米,其中以盘龙江径流量最大。模拟结果与《云南省水资源公报》发布结果验证精度达到85%,说明模型能够满足实际需要。同时,将GIS技术与USLE土壤侵蚀模型集成,得到流域土壤侵蚀强度时空演变系列图谱,结果显示:流域土壤侵蚀总体较弱,近15年侵蚀面积在18%~28%之间变化,并随时间发展侵蚀面积在逐渐减小;空间分布上,侵蚀主要发生在盆地四周的山区,总体上流域北端的嵩明县部分侵蚀相对较集中,其余均为散点状分布。模拟结果与云南省水利厅所开展的《云南省2004年土壤侵蚀现状遥感调查工作》项目实测结果验证,误差在12%以内,精度符合要求。(3)ISA格局演变与地表径流相关性分析。在径流深、径流量计算的基础上,采用相关性分析法和曲线拟合法分析径流与ISA格局指数之间相关关系,研究发现:ISA覆盖度、平均斑块面积、斑块边缘密度与径流之间存在明显的相关关系,其余斑块数、斑块总边缘长度、斑块平均形态指数等指标与径流之间均不相关,其中ISA覆盖度、平均斑块面积与径流之间为正相关,斑块边缘密度与径流之间为负相关,这说明ISA的数量与空间分布形态对径流有着非常显著的影响,ISA的面积越大、相互之间距离越近则产流越大,反之则越小。径流深与ISA占比、降雨量,径流量与ISA面积之间进行曲线拟合后结果显示满足直线方程关系,且拟合的R2均在0.85之上,进一步证明它们之间具有非常高的相关度。(4)ISA格局演变与土壤侵蚀量相关关系。选取侵蚀面积、平均侵蚀量与ISA格局指数进行相关性分析,结果显示:ISA覆盖度增大时,侵蚀面积、侵蚀量均在减小;ISA斑块数和总边缘长度增加时轻度侵蚀面积在减少而中度侵蚀面积在增加,平均侵蚀量值增大;其余指标均没有明显相关关系。(5)ISA覆盖度与地表径流、土壤侵蚀量情景模拟分析。通过建立不同ISA覆盖度场景模拟径流与土壤侵蚀发现:ISA覆盖度与径流量、径流深之间存在明显的正相关关系,即当ISA增加时,径流量、径流深值增大;相反ISA覆盖度与土壤侵蚀面积、平均侵蚀量之间为反比关系。