永定河水系是海河流域较大的支流,也是京津冀城市群的重要补给水源。20世纪以来,永定河流域一直面临天然水资源短缺难题,水循环发生显著变异,科学评估气候变化和人类活动对水热耦合过程的响应对水资源规划和管理极其重要。因此,选取永定河流域为研究区域,以长时间序列的水文气象资料和遥感数据为基础,辨析水文气象要素和土地利用/覆被的时空演变规律;根据Budyko假设的水热耦合概念模型量化气候变化和人类活动对桑干河和洋河子流域天然径流的敏感性和贡献率。主要结论如下:运用多种统计分析方法,研究永定河流域径流量、降水量、气温和蒸发量在60年间的演变特征。1957-2017年径流量呈显著下降态势,石匣里、响水堡、官厅水库和卢沟桥的下降速率分别为1.55亿、1.01亿、2.98亿和2.2亿m3/10a。石匣里和响水堡径流1969年和1983年开始突变,变化主周期分别为28年和32年。1957-2018年平均气温呈显著上升趋势,上升速率为0.3℃/10a,蒸发皿蒸发量以-48.88mm/10a显著下降趋势,存在明显“蒸发悖论”现象,该现象主要影响因子为净辐射和平均风速。年均降水量和潜在蒸发量呈不显著减少趋势,流域整体呈暖干化的变化趋势。突变性分析发现,气温和潜在蒸发量在1990年和1975年开始突变。选择1980-2015四期遥感数据分析土地利用变化,耕地面积占比43%,30年间减少991.49km~2;水域面积持续减少77.13km~2;草地增加191.35km~2;城乡、工矿、居民用地面积明显增加了935.28km~2;由于植被造林、退耕还林等水土治理,永定河流域归一化植被指数(NDVI)1982-2019年期间增加趋势显著,变化速率为0.02/10a。在空间上,官厅山峡段植被盖度较高,NDVI值在0.351～0.457之间,册田以上区域植被覆盖最低,NDVI值在0.205～0.327之间,总体表现为从西北部至东南部数值逐渐增加。根据Budyko假设的互补关系法可准确划分气候和人类活动对径流变化的影响量。总体来说,桑干河流域降雨、潜在蒸发量、下垫面变化对径流减少的贡献率分别为54%、4%和42%,其中降水量是1970-1983年径流的主要控制因子,1984年以后人类活动转变为径流的主要控制因子。洋河流域径流受人类活动影响程度较为明显,降雨、潜在蒸发量和人类活动的贡献率分别为18%、-10%和92%。总体来说,人类活动是当前永定河上游不可忽视的影响因子。