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太行山丘陵区位于华北平原西部，是我国重要的采矿区和林业种植区，也是华北平原地下水的补给运移区，不但为我国其它地区提供了丰富的黑色金属、石灰石等矿产资源和丰富的林业资源，而且对保障华北地区用水量和用水安全起着至关重要的作用。然而近年来，在气候变化和人类活动的大背景下，河道断流、水土流失和地面沉降等问题在太行山丘陵区不断威胁着区内的生态建设以及人类的生命财产安全;同时，作为华北平原重要的地下水运移带，面对华北平原河川及地下径流日益减少等问题，明确太行山丘陵区不同水体间的转化关系不但可以科学指导太行山丘陵区地下水可利用量的估测，而且可以为华北地区水资源管理提供科学依据。 本研究以太行山丘陵区崇陵流域为研究区，应用2005-2014年的观测数据和样品分析结果结合其它地质资料对太行山丘陵区的“三水“转化关系进行了细致研究。主要研究内容为:(1)基于水文观测和数理统计分析方法分析流域“三水”时空分布特征及转化关系;(2)基于环境同位素与水化学方法分析流域“三水”氢氧稳定同位素、水化学特征及转化关系;(3)基于观测数据和水样分析结果分析太行山丘陵区在不同地形、不同土地利用类型以及不同降水年型下的“三水”转化关系;(4)基于SWAT模型对崇陵流域地表径流进行模拟和预测。本研究的主要结论有以下几点: (1)查明了大气降水在较长时间尺度上的变化趋势:崇陵流域降水量年际和年内分配极不均匀，近十年来呈明显的上升趋势（sl=4.7 mm/年），流域降雨类型以小雨为主，小雨对降雨总量的贡献率为62.26％，近年来流域内大雨及大雨以上量级降雨出现的频率逐年增加（大雨（sl=0.34次/年）、暴雨（sl=0.12次/年））。流域上游雨量明显小于下游雨量，植被覆盖是造成雨量空间分布差异的主要影响因素。崇陵流域当地大气降水线方程为:δD=6.80δ18O-4.31(N=202，R2=0.8714)。 (2)查明了地表水的补给来源以及较长时间尺度上的变化趋势:崇陵流域的幼林沟、狼窑沟以及松林和灌草坡面仅在雨季期间（6～9月）有水位记录，且水量较小，不足降雨资源量的4％。松林小区的年地表径流量低于灌草小区50％以上，说明松林具有更强的保持水土能力。相比之下，位于流域出口地表水每月均有水量记录，多年平均年径流量为26.49mm且逐年呈上升趋势（sl=1.1mm/年）。大气降水是研究区地表径流的主要水源。 (3)查明了地下水的补给来源以及较长时间尺度上的变化趋势:崇陵流域的地下水位在研究期内存在明显的周期性变化，总体呈上升趋势(sl=0.001～0.007m/yr)。当雨量级别在大雨及大雨以上量级时（p≥25mm）会对区内地下水位造成明显影响。同位素和水化学数据表明崇陵流域的地下水的补给来源为降水，地下水中的主要离子浓度较降水、地表水更为富集，且存在由上游至下游逐渐富集的特征。 (4)揭示了不同空间尺度、植被覆盖类型和年降水量条件下崇陵流域“三水”转化特征关系:坡面“三水”转化相对沟道过程相对简单，水体转化响应时间更为迅速，而沟道涉及坡面产流、入渗及河网汇流等水文过程，“三水”转化关系更为复杂。松林、刺槐覆被下的土地的地表、地下产流量明显低于植被类型，认为松林、刺槐在保持水土、涵养水源方面较其它植被具有更大优势;在对不同年型的分析中，通过对丰、平、枯三个降水年型下流域内水量转化关系的分析归纳，发现枯水年内水量主要呈负均衡状态而在平水年和丰水年水量平衡主要呈正均衡状态。 (5)基于SWAT模型实现了对研究流域的地表径流模拟和预测:根据2005～2014年10年的水文气象资料、土地利用以及土壤等数据资料，基于ArcSWAT软件成功建立了崇陵流域的SWAT模型，对流域的径流量进行了模拟研究和预测，通过调试参数最终取得了较好的模拟结果（模拟期NSE系数和相对误差RBIAS分别为0.744和-20.6％）。结合IPCC第五次针对于气候变化的评估报告，在对崇陵流域未来气候变化趋势进行预测的基础上，模拟得出崇陵流域在未来十年地表径流量将较现在将增加0.68～3.67％。