青藏高原(QTP)是世界上唯一存在冻土的中纬度地区,其多年冻土区位于中国两大河流(长江和黄河)的源头。像欧亚大陆北极区河流一样,在保障淡水补给和维护流域生态安全中起到重要的水文作用。正是由于长江源区对气候变化敏感性,近年来,使其成为气候变化的水文水资源响应的热点研究区域之一。为揭示多年冻土区流域的地表覆盖变化对水文过程的影响,本论文以位于青藏高原长江源区典型多年冻土区的风火山小流域为试验研究区域,分析了不同覆盖变化(积雪、植被)下和短期增温对高寒草甸和沼泽草甸活动层土壤水热过程的影响,同时探讨气候变化和高寒草地植被退化下多年冻土坡面水循环过程的变化规律,研究了集水单元尺度上冻融循环对河流径流过程的影响与作用机制。取得的研究结果如下：1、季节性积雪是影响多年冻土发育的重要因素之一,积雪的季节变化特征以及积雪的累积和消融导致浅层土壤的水热状况发生变化,而这些变化对位于多年冻土之上的活动层产生了重要影响。高寒沼泽、草甸在有积雪覆盖下浅层土壤开始冻结和消融的时间都有所滞后,且冻结持续时间相应有所增加。由于积雪覆盖,浅层土壤温度变化速率略有减小而水分变化速率略有增加,积雪起到了抑制土壤温度变化速率和促进土壤水分变化速率的作用。积雪覆盖对秋季冻结过程和夏季融化过程浅层土壤的温度和水分的影响明显大于冬季冻结降温过程和春季升温过程,且对融化过程的影响较冻结过程明显。通过对比分析有无雪盖沼泽和草甸土壤,说明积雪的覆盖对沼泽土壤温度的影响要大于草甸土壤,对土壤水分融升过程的影响大于冻降过程,且对沼泽浅层土壤的影响大于草甸浅层土壤。2、寒沼泽草甸开始融化和冻结时间随着植被盖度的增加不断提前,且随着深度增加时间逐渐延迟。而高寒草甸随着植被盖度增加,不同深度土壤开始融化和冻结时间均不断推迟,对于高寒草甸,低盖度意味着更高的土壤热导率和热扩散率。由于沼泽草甸地表密集的根系层和有机质含量,使其地表含水量显著高于高寒草甸,进而影响活动层土壤的冻融过程。随着植被盖度降低,土壤温度水分对气象和降水变化的相应不断增强。植被有利于维持活动层土壤水热状况的稳定性,从而保证下覆多年冻土的稳定性,起到保护多年冻土的作用,抑制其受到气候变化的影响。对高寒沼泽草甸冻融过程土壤温度T及水分θy进行非线性拟合,获得θ=Ac/{1+exp[B(T-△T0)])+△θ0类型的水热耦合回归模型,该回归模型与植被盖度紧密联系。该回归模型将可以用于改进多年冻土区陆面过程和分布式水文模型中水分的模拟精度。3、气温升高使得高寒沼泽草甸地上生物量显著高于室外对照点,表明短期增温对高寒植被生物量有正面效应。高寒沼泽草甸随着气温升高和植被变化的协同影响下,活动层土壤冻结起始时间推迟,融化起始时间提前,使得冻结期缩短而融化期延长。增温将导致高寒沼泽草甸活动层土壤水分显著增加,且土壤水分含量随着深度加深不断降低,与高寒草甸不同不存在土壤中部干层。随着气候变暖,高寒沼泽草甸将退化为高寒草甸,及其伴随的植被退化,显著改变土壤的水热交换过程,将直接影响多年冻土流域的产流过程及径流在不同季节分布与组分的变化4、根据多年冻土活动层冻融期土壤水分动态规律和特点,提出多年冻土区超渗-蓄满产流交互模型。在冻融作用的影响下,降雨-径流的关系明显滞后,影响降雨-径流关系的冻土水循环基础具有明显的季节性,其主要参数(冻融深度等)随着季节波动变化。在高寒草甸区,径流系数随着高覆盖植被类型比例的增大呈现逐渐减小的趋势。然而,在沼泽草甸区,径流系数随着植被盖度增加呈现增加的趋势,这一结果与目前长江源径流减少的结果相一致。5、不管春季或夏季产生什么级别的洪水径流,活动层的冻融过程都是径流过程最重要影响因素。在春季洪水期、夏季枯水期(春汛退水)和秋季枯水期(夏季汛期退水)活动层温度是对控制径流变化和成份的主要影响因素。春汛径流有高径流系数和低直接径流率的主要特性；同时,径流随冻结深度增加呈指数关系增加(冻结深度小于60cm),退水梯度相对小并且退水迅速,深层土壤温度和土壤含水量成为春汛退水期的主要因素。秋季径流是夏季径流(夏汛)的退水过程,其随大气温度和活动层温度下降呈指数减少。降水对春季径流和秋季径流仅起较小的作用,只在夏季洪水期对直接径流表现出一定的影响。通过主成份分析方法,土壤水分、土壤温度和空气温度,是径流年内季节分布变化的主要驱动因素,其中土壤水分和土壤温度是径流变化的主要贡献者。其次,植被退化是除了气候变暖外,推动土壤冻融过程变化的重要因素。植被的减少将加速活动层土壤的融化,从而使融化期和冻结期的地表径流迅速减少。同时,植被覆盖不同对不同空间尺度间径流过程的相互关系有着相当大的影响,它通过影响水文过程来实现对水文尺度效应的影响。