生态水文分区主要用来研究生态水文现象的地域性分异，揭示生态水文现象地域性分布规律，其理论基础主要有地域分异规律、生态学原理、水文学原理、水资源学原理和生态水文学原理等。
3.3.1 地域分异规律
地域分异规律是在人们认识自然的过程中逐步获得并加深认识的。古希腊的埃拉托色尼根据当时对地球表面温度的纬度差异的认识，将地球划分为5个气候带，是最早对气候分异规律的认识。在中国，2000多年以前的《尚书·禹贡》据名山大川的自然分界，将当时的国土划分为九州，这是中国最早对地貌分异规律的认识。19世纪德国人A.von洪堡经过实地考察，研究了气候与植被的相互关系，提出了植被的地域分异规律。19世纪末，俄国人B.B.道库恰耶夫以土壤发生学观点进行土壤分类，并由此创立自然地带学说，同时指出它对地表各种自然现象的普遍意义。随着对陆地表面的分异现象的深入研究，人们发现许多自然地带是不连续的，大的山系、大的高原还出现垂直带现象。这些现象的存在说明除了地带性的地域分异规律外，还有非地带性的地域分异规律在起作用。
地理环境地域分异存在自然、经济和社会文化等多方面，其中自然地域分异是其他几个方面的基础。自然地域分异规律是指地理环境中各自然组成成分及自然地理综合体在地表沿一定方向发生的分化现象及其普遍的必然表现形式（规律）（王英利等，1995）。对地域分异规律的认识，虽然目前没有取得一致的意见，但都承认有几种分异规律存在：①因太阳辐射能按纬度分布不均引起的纬度地带性；②大地构造和大地形引起的地域分异；③海陆相互作用引起的从海岸向大陆中心发生变化的干湿度地带性；④随山地高度而产生的垂直地带性；⑤由地方地形、地面组成物质以及地下水埋深不同引起的地方性分异。
普遍认为，地带性规律包括纬度地带性、经度地带性和垂直地带性。一些自然地理成分沿纬线方向常具有相似的属性和组合特征，这种呈带状的地域分化现象称之为纬度地带性（规律）。纬度地带性是因太阳高度角随纬度变化而引起热量条件南北之间递变的规律，热量带沿着纬线呈东西延伸的带状分布，气候带、生物带、土壤带主要受其控制。例如中国从南到北有赤道热带、中热带、边缘热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、暖温带、中温带和寒温带；植被从南到北分为季雨林、常绿阔叶林、落叶常绿阔叶混交林、落叶阔叶林、针阔混交林和针叶林。经度地带性是指地理环境各组成要素和自然综合体按经线方向由海洋向内陆变化的规律。主要由海陆位置、低空盛行风向、水分状况的差异，引起东西向递变的规律。一般来说，大陆降水由沿海向内陆递减，例如我国自东南沿海向西北内陆，依次有湿润、半湿润、半干旱、干旱地区。垂直地带性规律是由于海拔高度的差异引起的自然景观的垂直递变规律。垂直地带性受水平地带性（纬度地带性和经度地带性）的制约，不同的水平带具有不同的垂直带，其基带、带数、带幅、优势带等均有差异，所以说，垂直带也体现出地带性规律。
非地带性规律是自然景观的一种隐域性分布规律，它是受隐域性因子（如地下水、岩性、特殊的地表组成物质等）控制，在地理分布上具有地方性特点，可以呈带状或斑状分布。分布区间不一定有严格的顺序。非地带性因素包括地质构造、岩性、地貌单元、坡度、坡向、山脉走向和地下水等。它们也可以影响气候、生物和土壤的类型和分布（任平，2003）。
目前对地域分异规律研究的明显趋势是确定不同规模的地域分异规律和其作用范围。苏联学者把地带性规律分为两种规模：延续于所有大陆、数量有限的总的世界地理地带和在主要世界地理地带以内形成的局部性纬度地带。英国学者在自然地理研究中提出全球性规模的研究、大陆和区域性规模的研究和地方性规模的研究。一些中国学者认为地域分异规律按规模和作用范围不同，可分为4个等级：①全球性规模的地域分异规律，如全球性的热量带。②大陆和大洋规模的分异规律，如横贯整个大陆的纬度自然地带和海洋上的自然带。③区域性规模的地域分异规律，其表现是经度省性和带段性，如在温带大陆东岸、大陆内部和大陆西岸分布不同的区域性地带。垂直地带性也是区域性的分异规律。④地方性的地域分异。有两类：一是由地方地形、地面组成物质和地下水埋藏深度的不同所引起的系列性地域分异；二是由地方地形的不同所引起的坡向上的地域分异。
研究地域分异规律是认识自然地理环境特征的重要途径，是进行自然区划的基础，对于合理利用自然资源，因地制宜进行生产布局有指导作用。
3.3.2 综合自然区划原理
区划，就是区域划分，泛指各种区域的划分，是对各种区域划分的高度概括。通常说的区划大致可分为：自然区划、经济区划和行政区划三大类别。区划应遵循一定的原则：①发生统一性原则。即任何区域都有自己的统一发展过程；区域的发生统一性不是其组成成分或组成部分所有特点形成的同时性；每个区域都有自己的“年龄”，但它不等于该区域的固体基础（地质地貌）的年龄；低级区域是由等级较高的区域分化出来的；任何区域都是在发生上统一的，但不同等级或同一等级的不同区域，其发生统一性的程度或特点应有区别。②相对一致性原则。即内部特征的一致性，指的是不同等级的区划单位的一致性也是相对的，各有不同的标准。③空间连续性原则（区域共轭性原则）。自然区划中区域单位必须保持空间连续性和不可重复性，任何一个区域永远是个体的，不能存在彼此分离的部分。④综合性原则和主导因素原则。任何区域都是地域分异作用的产物，在具体进行地域划分时，必须考虑地域分异的作用及其在各个区域中的表现。综合性原则强调区划时全面考虑地带性分异和非地带性分异的作用，主导因素原则强调在区划时首先考虑决定地域分异的主要因素。
根据自然地理环境及其组成成分在空间分布的差异性和相似性，将一定范围的区域划分为一定等级系统的研究方法，称为自然地理区划。在研究地域分异规律的基础上，探讨自然地理环境及其组成成分的特征、变化和分布规律；合理利用自然资源、因地制宜进行生产布局和制定各种规划的基础。自然区划既是划分，又是合并。根据地域分异规律，可将等级高的自然区划单位划 分成等级低的自然区划单位；又可根据区域共轭性原则，将等级低的自然区划单位合并成等级高的自然区划单位。这种自上而下地划分与自下而上地合并是互相补充的。
按区划的对象，自然区划分为综合自然区划和部门自然区划。综合自然区划以自然环境整体为对象；部门自然区划以自然地理环境的各组成成分为对象，如地貌、气候、水文、土壤、植被、动物等。部门自然区划是在考虑自然地理环境综合特的征基础上，依据某一组成成分地域分异规律而进行的区域划分。如地貌区划、气候区划、水文区划、土壤区划、植物区划、动物区划等。按区划的目的，自然区划中有各种实用自然区划，如公路自然区划、建筑自然区划、农业自然区划等。实用自然区划的特点是自然、技术、经济三方面的结合，目标明确，实践用途较大。
自然区划的对象是不同等级的自然综合体，所以自然区划是多级的系统。这个系统由地带性区划单位和非地带性区划单位组成。地带性区划单位可分为自然带或热量带，自然地带和自然亚地带等。非地带性区划单位可分自然大区、自然区域（也有人不划出自然区域）、自然地区、自然区等。区划的一般等级系统有两种：一是单列系统，将地带性区划单位与非地带性区划单位相间排列成一个系统；另一种是双列系统，将两类区划单位按双列系统排列，中间有联系单位。
地表自然界受不同尺度的地带性与非地带性地域分异规律的作用，分化为不同等级的自然区，以地域分异规律学说为理论依据划分自然区，并力求反映客观实际的方法，就是自然区划。各级自然区之间都存在特征差异性，自然区内部则具有相对一致性。
自然区划的原则：①发生统一性原则；②相对一致性原则；③空间连续性（区域共轭性）原则；④综合性原则和主导因素原则等。
地表自然地理综合体的相似性和差异性是地域分异规律综合作用的结果，所以地域分异规律便成为综合自然区划的理论基础。
对每一个自然地理区域都可以采用自上而下的划分或自下而上的结合这两种自然区划方法。前者是通过对地域分异各种因素的分析，在大的地域单位内从上至下或从大至小揭示其内在的差异，逐级进行划分；后者是通过连续的组合、聚类，把基层的较简单的自然地理区域合并成为比较复杂的较高级的地域。前者通常采用地理相关法和主导标志相结合的方法来进行；后者主要在土地类型制图的基础上，把地域结构上和发生上有空间联系的相毗邻的地域合并起来，成为具有完整地域结构的各个区域。这种方法简称类型组合法。
无论采用哪种区划方法，首先都必须注意到地域结构的层次性，即存在不同等级的自然地理区域，确定各地域之间的层次关系，并建立区划的等级系统。其次，须重视各层次、各区域单位中的地域结构研究，即注意区域内部各组成部分之间物质和能量运动在空间上的联系性，以及其发生发展上的共同性。最后，根据上述的区域层次关系和结构上相联系性质和特点，确定划区的具体指标和标志，划出各区域的界线。
自然区划的方法主要有以下几个：①古地理方法：发生统一性原则必须通过古地理方法来贯彻。②顺序划分和合并以及类型制图法：这是贯彻相对一致性原则和空间连续性原则（区域共轭性原则）的重要方法；③部门区划图叠置法和地理相关分析法是贯彻综合性原则常用的方法；④主导标志法强调选取反映地域分异主导因素的指标作为确定区界的主要依据，尤其强调在进行某一级分区时必须按照统一的指标划分。⑤网格分析法（地理相关分析法）：地理相关分析法主要是运用各种专用地图、文献以及统计资料，对各自然地理成分之间的相互关系作分析后进行区划的方法。具体程序如下：先把各种专门地图和文献资料以及统计资料分别标注在适当比例尺的工作底图上，画出坐标网格；然后按其相关关系的密切程度编制出带有综合性的自然要素组合图；在此基础上逐级进行区域划分。
区划单位的命名既要反映区域的地理位置，又要反映区域的综合自然地理特征，还要精炼、简便、便于使用。目前，命名大致有三种办法：①主要综合地理特征表述，分别采用一名、二名、三名，1959年《中国综合自然区划，（初稿）》在热量带、自然地区、自然地区的高级单位中用了此法。②地理位置与区域主要综合自然地理特征并列命名，1983年赵松乔的区划采用了此法，自然地区采用位置、水分、温度三名法。③地理位置单名法，罗开富、任美锷的区划单位采用了此法。
自然区划的研究在我国已有悠久的历史，但比较系统的、有一定理论做指导的、影响较大的全国区划方案是新中国成立后编写的，共有6个：罗开富（1954）；中科院自然区划委员会，黄秉维（1959）；任美锷（1961）；侯学煜（1963）；全国农业自然资源调查和农业区划委员会，丘宝剑和席承潘（1980）；赵松乔（1983）。
3.3.3 生态水文学原理
水文学是地球科学的一个重要分支，它是研究地球上水的起源、存在、分布、循环和运动等变化规律，并运用这些规律为人类服务的知识体系。自从科学界公认水圈、岩石圈和大气圈都从地圈中分离出来，并作为地球的独立圈存在后，水文科学的形成就有了基础。
人类进入20世纪末，由于社会经济发展，人与自然的冲突加大，生态环境问题愈来愈突出。全球水资源日益短缺，现有的水文学理论已不能满足解决水资源短缺和持续管理水资源的要求。任何生态系统格局和生态过程的变化都与水文过程相关联。正确的管理水资源的方法应该建立在对生态系统格局和过程的水文学机制深入了解的基础之上。生态水文学正是在全球水资源短缺的背景下，在寻求解决合理持续利用水资源的实践中形成的一门交叉应用学科（赵文智等，2001）。
H.A.P.Ingram于1987年首次使用Ecohydrology这个术语，用来描述和解释苏格兰地区泥炭湿地中的水文过程和特征。之后，Ecohydrology这个术语被广泛使用，生态学、湖泊学、水文学等专家和工作者用这个术语来描述各自研究工作中所涉及的生态学、水文学和湖泊学等学科交叉部分（牛跃等2008）。1992年在Dublin召开的国际水环境大会上，首次把Ingram提出的科学术语Ecohydrology提升为一门独立的学科，即生态水文学（夏军等，2003）。
目前，对于生态水文学的概念还没有一个统一的定论（M.Zalewski，2000）。Hatton et al.（1997）认为生态水文学需在质量守恒和能量守恒定律的基础上，在周围环境不同的情况下，研究环境过程的机制，指出生态水文学是在一系列环境条件下来探讨生态水文过程，它考虑了干旱地区、湿地、森林、河流和湖泊的生态水文过程。Rodriguez（2000）认为水文学是研究生态格局和过程下的水文机制的科学，气候、植被、土壤的相互作用是其控制性的因素，土壤湿度是其关键的研究因子。Nuttle（2002）认为生态水文学是生态学和水文学的亚学科，它注重的是水文过程对生态系统配置、结构和动态的影响，以及生物过程对水循环要素的影响。
直至20世纪90年代中后期，我国都尚未将生态水文学作为专门学科加以研究，只是在相关研究中有所涉及。20世纪末，严登华等（2001）开始在东辽河流域开展生态水文学研究，以GIS为工具，探讨流域生态水文格局的演化，构建理想的生态水文格局，进而探讨其在区域水环境安全调控中的应用。随后，武强等（2001）认为生态水文学是一个集地表水文学、地下水文学、植物生理学、生态学、土壤学、气象学和自然地理学等于一体、彼此间相互影响渗透而形成的一门新型边缘交叉学科。生态水文学的研究包括以下内容：一是研究水文条件的背景状况和演变历史及其恶化程度；二是研究与水资源开发利用相关联的生态系统的演变历史。王根绪等（2001）认为生态水文学是研究水文学和生态学两方面都涉及的科学，有关生态圈与水文圈之间的相互关系以及由此产生的相关问题，就是生态水文学的内涵。生态水文科学的主要研究内容有生态系统中植物与水的关系研究和山地垂直梯度及其相关的流域源区的特殊水文与生态过程研究。前者主要研究干旱区的生态水文过程、湿地植物与水的关系、森林水文生态作用及其环境效应问题、河流或湖泊系统植物与水的关系问题；后者则主要研究山区生态水文过程，山地植被与水的关系等。
总的来说，生态水文学是一个集地表水文学、地下水文学、生态学、土壤学、植物生理学、气象学和自然地理学等于一体的，彼此间相互影响渗透而形成的一门新兴边缘交叉学科（夏军等，2003）。生态水文学研究的主要问题是生态水文过程的尺度问题、生态水文过程模拟研究与模型开发等。总之，经过多年的发展，生态水文学已经成为描述干旱区生态系统、湿地生态系统和森林生态系统等各类生态系统中生态格局和生态过程水文学机制的学科（赵文智等，2001；Baird et al.，1998；Huxman et al.，2005）。
3.3.4 水资源学原理
《不列颠百科全书》中水资源定义为“自然界一切形态（液态、固态、气态）的水”都算水资源。1963年，英国《水资源法》中定义为“具有足够数量的可用水源”，即自然界中水的特定部分。1988年，联合国教科文组织（UNESCO）和世界气象组织（WMO）定义水资源是“作为资源的水应当是可供利用或可能被利用，具有足够数量和可用质量，并且可适合对某地为对水资源需求而能长期供应的水源”（陈传友，2002）。
《中国大百科全书·大气科学·海洋科学·水文科学》卷中，把水资源定义为“地球表层可供人类利用的水”；《中国大百科全书·水利》卷中把水资源定义为“自然界各种形态（气态、液态或固态）的天然水”，并把可供人类利用的水作为“供评价的水资源”；《中国资源科学百科全书》中，把水资源定义为“可供人类直接利用、能不断更新的天然淡水，主要指陆地上的地表水和地下水”。
水资源特点主要有：循环再生的特点、分布不均的特点、多功能的特点、水质受人类活动和自然条件变迁的影响。
水资源学科的正式建立始于1972年。在这一年不仅建立了全球性的国际水资源协会，而且自1922年就建立的国际水文科学协会在1972年通过的协会章程中正式将水资源学和地球科学一样作为学科来并列（王浩等，2002）。
水资源学是一门人类认识水资源，并开发利用水资源、保护水资源及水环境的知识体系，主要属于技术科学的范畴。陈家琦（1986，1996，1999）认为水资源学是对水资源进行评价并制定综合开发和合理利用水资源规划，解决水资源供需矛盾，以及对水资源实行科学管理和保护经验的系统总结所形成的知识体系。同时，水资源学也是指导水资源业务工作的理论基础。水资源学的目标主要有：探求水资源在地球自然资源体系中的位置、作用以及和其他自然资源间的相互关系；揭示水资源的形成、演化机理，以及其在地球空间和时程上的变化规律；探讨在经济和社会发展中水资源供求关系及其解决的科学途径；研究在人类各项经济活动特别是人类开发利用水资源过程中引起的环境变化，以及这种变化对水资源自然规律的影响；探求在变化的环境中如何保持对水资源的可持续开发利用的科学道路等。
水资源学是研究水资源形成、运动、循环和演变的科学，其直接研究对象是水资源。第一个层面是水资源本身的研究；第二个层面是人类对水资源开发利用的研究，属于水资源的应用研究；第三个层面是研究水资源系统对社会经济系统和生态环境系统三者平衡关系的研究，属于水资源的综合研究（王浩等，2002）。
从水资源学研究的内容可以看出，水资源学学科体系主要由基础学科、应用学科和综合学科三大部分组成。其中基础学科主要研究水资源运动、演变和循环规律；应用学科是研究解决人类开发和利用水资源过程中存在问题的科学；综合学科，如水资源生态学、水资源环境学、水资源经济学、水资源管理学、水资源工程学、水资源法学、水资源信息学等大多属于交叉学科（王浩等，2002）。