水资源利用与生态环境相协调是实现海河流域可持续发展的核心问题。本文针对水资源过度利用和生态系统脆弱性的问题,分析了海河流域的气象、水文、土壤以及水资源利用和长时间序列上土地利用变化的格局变化特征;基于遥感-生态水文耦合的模型方法,优化了生态系统用水模型和生态脆弱性评估模型;并在现有多源遥感数据产品和相关辅助数据的基础上,获得了生态用水模型和生态脆弱性评估模型输入参量,分析了不同类型的土地利用模式对生态耗水量的影响;研究了海河流域水资源约束下的生态脆弱性评估方法,并分析了时间序列的脆弱区域变化特征,探讨了植被生态用水与生态脆弱性的关系。论文取得的主要成果如下:(1)研究了海河流域土地利用的变化规律。海河流域土地利用类型中变化最为明显的是耕地,其次为草地、湿地和其他类型生态系统。2005、2010和2015年的耕地面积分别占比46%,42%和35%。减少的耕地面积主要转化为林地和人工表面。草地、湿地和其他生态系统类型也呈现较明显的变化。(2)基于多源遥感数据产品和相关辅助数据构建和优化了流域植被生态用水模型和生态脆弱性评估模型,实现了长时间序列的海河流域植被生态用水模拟和生态脆弱性评估。(3)优化遥感和非遥感数据,满足生态用水和生态脆弱性评估模型输入要求。针对生态用水模型和生态脆弱性评估模型的需要,选择和优化了MODIS、TRMM等遥感数据和其他辅助数据,得到了时间序列的空间数据集。(4)模拟了时间序列的海河流域植被用水状况,揭示了海河流域植被生态用水时空变化规律。研究结果表明,海河流域植被生态用水量整体上呈持续增大趋势,城市区域表现尤为明显;气温和降水的变化会对海河流域植被生态用水持续增大产生影响,但并不是最主要的原因;土地利用类型的差异是引起海河流域植被生态用水量时空差异的主要原因,耕地的耗水量最为明显;在月尺度上,降水量和植被覆盖度与植被生态用水量之间都表现为正相关关系,但是他们与植被生态用水的相关趋势有所不同,具体为:植被覆盖度的变化与植被生态用水的变化之间表现为高度线性正相关(实验数据拟合公式为y=0.3115x+0.919,R2=0.9677),而降水量与植被生态用水之间的变化趋势更接近指数(y=2.0141e0.0193x,R2=0.6949)。(5)建立了海河流域生态脆弱性评估模型,并开展了海河流域生态脆弱性评价。结果显示,海河流域的生态脆弱性整体呈现出从东南向西北逐渐增强的趋势,西北部山区地带生态脆弱性等级高于东南部的平原及沿海地区。2005年微度和轻度脆弱性占比约为52%,中度、重度以及极重度脆弱性占比约为48%,2010年生态脆弱性等级全流域小幅升高,中度、重度以及极重度脆弱性占比上升了3%,约为51%,2015年生态环境改善明显,脆弱性等级整体明显下降,中度、重度以及极重度脆弱性占比约为40%。(6)探讨了植被生态用水对海河流域的生态脆弱性的影响。植被生态用水在海河流域的生态脆弱性评价中具有重要意义,二者之间呈现负相关关系的区域占海河流域总面积的86%,整体表现为负相关。加入植被生态用水后,生态脆弱性评价结果整体等级小幅度升高,主要集中在中度等级增多,2005年中度脆弱增加2%,极度脆弱增加约1%,2010年中度脆弱增加4%,重度脆弱增加约1%,2015年中度脆弱增加2%。该论文有图71幅,表25个,参考文献160篇。