水是生命之源，也是经济和社会发展的命脉。近些年来受全球气候环境变化及人类活动影响，许多国家地区出现河流流量减少、水环境恶化以及水质污染等问题，严重制约了社会经济的可持续发展。渭河流域是资源性缺水地区，气候变化使气温、降水、径流等水循环要素在季节和空间上发生改变，增加了流域旱涝灾害的发生机率，导致水资源安全情势将更为严峻，未来流域供需矛盾将更加突出。随着气候变暖和用水需求日益增大，充分认识并分析气候变化下流域水循环演变规律显得尤为迫切和重要。本文首先利用分布式水文模型对渭河流域水文循环系统进行模拟，并在此基础上运用现代统计学手段对流域水循环演变特征进行分析，同时结合统计降尺度模型开展未来气候变化情景下水循环要素模拟及预测研究，以期为流域水资源综合开发利用及水量调度管理提供科学参考和依据。主要研究成果与结论如下：（1）根据渭河流域地理条件及气象水文特征，基于EasyDHM水文模拟平台建立渭河流域分布式水文模型，完成模型参数率定及验证工作，取得了较好的模拟效果。结果表明，EasyDHM在渭河流域具有较好的适用性，构建的模型能够客观描述该流域水循环过程，可以应用于实际问题研究。（2）在构建渭河流域分布式水文模型的基础上，采用多种统计检验手段，从年、季、汛期和枯水期等不同时段角度，对渭河流域近55年（1954~2008年）气温、降水及径流要素的时空分布特点及演变特征规律进行分析，结果表明：①从空间分布看，多年平均气温及降水量在空间上存在不均衡性，气温以西安站为中心向外呈辐射递减趋势，降水呈现由东部和南部向西北部逐渐减少的分布格局。②从均一性分析看，气温、降水及径流时间序列在95%置信水平下都存在均一性。③从趋势变化上看，流域年平均气温呈现显著上升趋势，降水量变化趋势不显著，径流量呈现显著减少趋势；除冬季的降水量呈现显著上升趋势以外，其余季节及汛、枯期变化趋势与年际大体相同，且上述变化趋势未来仍可能持续。④从突变分析上看，流域年平均气温及径流量存在明显突变情况，而降水量无显著突变现象发生；除冬季的降水量存在显著突变现象以外，其余研究时段突变分析结果与年际结果一致；⑤从周期分析上看，不同时段的气温、降水和径流要素均存在多个特征时间尺度，具有不同的周期成分，径流的周期变化特征与气温和降水的周期变化特征表现出很好的相关性。（3）基于统计降尺度模型SDSM建立渭河流域气温及降水要素的降尺度模型，并完成模型标定和验证期模拟能力评估，结果表明模型的模拟结果较为可靠，可以应用于渭河流域气温、降水等气候要素未来变化趋势的预估。选取A2和B2气候变化情景进行分析可知，两种情景下未来90年（2010~2099年）渭河流域的平均气温呈现较为显著的上升趋势，而降水量总体变化趋势不显著。将统计降尺度模型与已构建的分布式水文模型相耦合，对渭河流域未来径流量总体变化进行预测并对干支流上5个主要控制性水文站径流变化展开研究，结果显示：渭河流域未来径流量相对基准期（1961~2009年）多年平均水平总体上有所减少，其中A2情景下减少趋势十分明显，而B2情景变化趋势不显著。