黄土高原地区水土流失严重、生态环境恶劣、水资源匮乏,这些问题严重限制了该地区的经济发展。如何减少水土流失、改善生态环境、合理利用有限的水资源成为人们密切关注的问题,因此探讨黄土高原地区不同土地利用下的水文效应显得尤为重要。本文选取黄土高原典型流域——山西吉县蔡家川流域作为研究对象,利用2004-2010年的降雨、径流实测数据,采用回归分析、对比分析等方法,在ArcGIS、 SPSS、Excel软件的辅助下,探讨了其流域特征和河道特征随流域面积尺度的变化规律,分析了森林覆被对流域径流的影响,并利用SWAT分布式水文模型研究了蔡家川流域植被的空间配置模式。研究结果表明,随流域面积的增大,河道干流长度、干支流总长度、河道弯曲系数、流域形状系数均增大,河道不对称系数、流域平均高程均减小,河网密度、河道比降、平均坡度均先减小后趋于保持不变。当流域面积小于6.5km2时河网密度随流域面积的增大急剧增大,当流域面积大于6.5km2后河网密密度稳定在0.35km/km2左右,故面积小于6.5km2的小流域应为研究区水土流失治理工作中首先要考虑的区域；面积在30km2以上的小流域沟道比降基本稳定在3%左右,沟道内土壤水分状况良好,是半干旱地区难得的适宜植物生长的场所,应采取各种措施恢复植被；同时应该通过各种工程措施使黄土高原小流域的沟道比降控制在3%以下。坡度在25°以上的土地面积约占整个流域面积的52%左右,易发生水土流失,需大力加强水土保持。研究期间少林流域(森林覆被率为15.2%)的平均径流深是多林流域(森林覆被率为82.7%)的3.43倍,无林流域(森林覆被率为0)的平均径流深是多林流域的4.95倍,说明植被覆盖率越小,流域径流量越大。但少林流域的枯季径流深占年总径流深的比例比多林流域多4.4个百分点,说明在研究地区森林植被对枯水径流具有一定的消耗作用,无林的以梯田为主的农地流域其枯季径流深与年总径流深的百分比高达33.54%。多林流域的初损雨量值比少林流域大5.84mm,比无林流域大7.167mm,多林流域需较充足的降雨量才能产生径流。研究流域内的降雨主要为A型短时局地雷暴雨,研究期间A型雨占总降雨次数的64.48%,占总降雨量的47.25%。不同雨型条件下影响径流量的降雨要素不同,在建立半干旱黄土高原的小流域降雨径流模型时必须考虑雨型。运用SWAT分布式水文模型对蔡家川流域进行降雨径流模拟分析,结果表明,校准期的Nash系数为0.836、相关系数为0.861,验证期的Nash系数为0.802、相关系数为0.829,模型模拟效果较好,适用于本研究区。采用SWAT模型的情景模拟分析方法,模拟七种极端土地覆被情景下蔡家川流域年均径流量的变化,结果显示,不同土地覆被类型对径流的影响不同,乔木林、灌木林、园地拦截径流、涵养水源的效果显著,农地、草地的水土保持作用较差；结合地形因素,为蔡家川流域设计28种不同坡度下植被空间配置模式,结果显示,情景18的模拟值最小,为现状值的17.65%,可较有效地减少径流、保持水土；再结合居民的需求和土地类型的经济效益,设计出植被优化配置模式,模拟年均径流深比实测径流深减少了24.08%,优化配置可起到高效利用水资源的作用。