水储量变化是流域水文循环过程的重要组成部分,反映了研究时间段内流域水量输入值(如降水)和输出值(如径流、蒸散发)之间的动态平衡关系,还可以作为有效参考指标直接评估流域水资源量变化状况。随着全球经济飞速发展和人类活动的加剧,全球平均气温显著升高,不仅对区域水文循环过程、自然生态环境以及社会发展产生了重要影响,还导致了区域水文水资源时空格局的演变以及水资源总量的变化,而准确估算水储量变化是揭示区域水文循环如何响应气候变化的重点内容,对理解区域乃至全球水循环过程、预报极端气候事件、合理安排农业生产以及提高水资源利用效率等均具有重要参考价值。本文首先基于流域水量平衡方程揭示了水储量变化在流域水文循环过程中发挥的重要作用。然后,通过GRACE数据对黄河流域近年来的水储量时间序列进行估算和分析,并结合水文气象数据和人类活动统计数据,分别就人类活动和气候变化对黄河流域水储量的贡献作用进行量化分析。最后,选取黄河流域内的小浪底水库和龙羊峡水库为研究对象,深入研究黄河流域人类活动尤其是水库调度对水库周围区域及其所在子流域水储量变化的影响作用。本文的主要工作和研究成果如下:(1)联合利用GRACE数据和降水、径流等水文气象实测数据,通过流域水量平衡方程对黄河源区的月蒸散发时间序列进行估算,研究结果显示,黄河源区在2003-2015年间的多年实际平均蒸散发量为403.4mm,且该蒸散发估算结果与GLDAS2.0的Noah模型的蒸散发模拟结果符合度最高,相关性系数r=0.90,均方根误差RMSE=13.11 mm,相对偏差BIAS=-11%;与MODIS卫星的蒸散发反演结果符合度最低,相关性系数r=0.80,均方根误差RMSE=21.7mm,相对偏差BIAS=33%。研究流域内不同蒸散发估算结果之间产生差异的主要原因,是由于水文模型未能够考虑各种人类活动对蒸散发模拟的影响作用,而MODIS卫星未充分考虑土壤水分变化对蒸散发的影响作用。此外,若水量平衡方程中未能考虑流域水储量变化,则会造成月蒸散发序列估算结果出现较大偏差,表明水储量变化在流域水文循环过程中发挥着重要作用。(2)基于GRACE数据的研究结果表明,黄河流域水储量在2003-2015年期间的变化速度为-4.64±1.4mm/yr,结合GLDAS中Noah水文模型的模拟结果,发现黄河流域的地下水储量在研究期间段内以-4.20±1.0 mm/yr的变化速度急剧减少,且地下水储量变化序列与流域水储量变化序列之间存在较好的相关关系,相关系数r=0.87,显著性水平为p<0.01,表明黄河流域内近年来的水储量减少与地下水储量的变化有直接关系,因此,建议黄河流域水资源管理部门制定更加合理的水资源管理政策和水资源保护措施并对黄河流域尤其是黄河下游地区的地下水超采现象引起重视。(3)气候变化对黄河流域及其子流域内的水储量变化有直接的影响作用。本文选择降水量、潜在蒸散发量和干燥度指数作为影响因子来研究气候变化对水储量变化的影响作用。研究结果表明,年干燥度指数能够有效反映研究流域内的能量平衡和水量平衡特征,与黄河流域内年水储量变化的相关性最好,相关性系数达到r=-0.78,且显著性水平为p<0.01,而年降水量与黄河流域内年水储量变化呈现明显的正相关关系,其相关性系数r=0.76,年潜在蒸散发与黄河流域内年水储量变化呈现明显的负相关关系,其相关性系数r=-0.63。(4)人类活动对黄河流域水储量的改变主要是由水库调度时蓄水量的变化和人类用水量增加共同引起的。本文分析研究了黄河流域内的水库调度和人类用水量对流域水储量变化的影响,研究结果表明,流域内水库蓄水量变化与黄河流域水储量变化之间的相关性r=0.85,要明显高于流域用水量与黄河流域水储量变化之间的相关性r=0.40,且部分子流域(如子流域I)内水库调度对水储量变化的贡献作用甚至超过气候变化对水储量变化的影响作用。(5)基于本文首次提出的水储量变化“贡献指数”,可以量化分析气候变化及各种人类活动对流域水储量变化的影响作用。研究结果表明,造成黄河流域及其各个子流域水储量变化的主导因素各不相同,这主要取决于各个研究流域的气候特征及人类活动剧烈程度。其中,气候变化对黄河流域年际间水储量变化的贡献作用为20.4%～63.8%,人类活动用水量对黄河流域年际间水储量变化的贡献作用为-75.5%～-25.8%,而水库调度对黄河流域年际间水储量变化的贡献作用为-11.8%～14.9%。(6)通过GRACE数据对黄河流域水库调度造成的水储量变化信号进行监测,发现小浪底水库和龙羊峡水库等大型水库的调度会在短时间内造成大量水资源迁移,并导致水库周围及其所在子流域水储量发生明显改变。此外,结合水库水位和蓄水量变化数据,对大型水库蓄水量变化与水库所在子流域水储量变化之间的关系进行相关性分析。研究结果表明,龙羊峡水库的年蓄水量变化与水库所在子流域的年水储量变化之间具有很好的相关性,相关系数达到r=0.83,显著性水平为p<0.01;小浪底水库年蓄水量变化与水库所在子流域的年水储量变化之间同样具有很好的相关性,相关系数达到r=0.90,显著性水平为p<0.01。