近年来,随着社会经济的快速发展,受人类活动的影响水文下垫面发生了较大变化。全球气候变化也有所加剧,导致地表径流等水文要素发生了明显变异。其中快速城市化作为人类活动对水文下垫面影响的直接体现,增加了流域内不透水面积、阻隔了地表水与地下水之间的联系,对水资源、水环境产生了强烈的影响。济南市作为我国北方城市,进入21世纪以来经济得以迅速发展,城市面积不断增加。近年来新旧动能转换先行区建设稳步推进,是典型的快速城市化地区。济南地处黄河流域下游,是未来气候变化较为强烈的区域。研究气候变化和城市化对济南市水文要素的影响,不仅可以掌握快速城市化地区的水文变化规律,也能为济南市未来水资源合理预测与高效利用提供有效支撑。本文以济南市全国第三次水资源评价项目为依托,开展研究。济南市水系结构复杂,子流域边界较模糊,气象及水文监测数据较少,发生的快速城市化过程受政策影响强烈。识别济南市城市发展轨迹并合理预测其未来城市化进程,以及获取未来下垫面条件下相应的气候驱动数据是水文要素预测的难点。针对这些问题,本研究结合城市发展模型与分布式水文模型,通过模拟未来下垫面情景以及相应的气候情景,探究多种土地利用与气候组合情景下济南市水文要素变化规律。主要研究内容如下:(1)研究采取“模型耦合—数据融合—情景分析”的思路,模拟预测了济南市城市化进程,并实现了气候模式数据的降尺度与纠偏,构建了较为准确的济南市水文要素变化分析、预测模型。(2)基于历史时期土地利用数据与气象数据等基础数据,在充分考虑政策对城市发展影响的前提下,构建了 SLEUTH城市发展模型和SWAT水文模型,分析、识别了模型的敏感性参数,并结合模型评价指标对其进行了率定和验证。(3)依据2000年—2015年共4期土地利用图以及其他数据,结合政策影响,预测了济南市未来时期土地利用变化,预测济南市2030年城市面积结果为640 km2,较2000年增加170.66%。随着2000年—2030城市化进程,济南市总径流和地表径流将分别增加8.6%和28.5%,蒸发和下渗则分别减少1.56%和4.9%;地表径流对土地利用变化最为敏感,核心城市化子流域地表径流增加达到40%以上。(4)利用CMADS气象数据集对CMIP5模式数据进行了降尺度和纠偏,获得了济南市3种气候情景下的降水、气温等气候要素变化趋势。RCP2.6(低温室气体排放强度)情景下2006—2035年降水为增加趋势,RCP8.5(高排放强度)下为减小趋势。(5)将2000—2030年以10年为间隔划分出4期土地利用情景与RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种气候情景进行组合分析。得出了 12种组合情景下的径流等水文要素序列,分析了气候变化与土地利用变化对径流的贡献,高排放情景下气候变化对径流的影响更大;得出了总径流量在济南市的空间分布情况,结果表明核心城市化地区在各种组合情景下径流深均大于其他区域,其丰水年总径流深或达到360mm以上,发生洪涝灾害的风险增加;并且2030 土地利用情景与温室气体高排放情景的组合可能会使总径流减少14%以上,同时地表径流仍有所增加,或使济南市面临水资源短缺与集中洪涝灾害的双重威胁。建议未来济南市注重防洪管理,加强低影响开发建设等。