在全球性气候变化明显和人类活动急剧增长的情况下,大气和陆面水循环发生了明显变化,水文系统出现了变异现象。水文序列是水利工程规划、设计、运行管理的基本资料,具有重要作用,应具有可靠性、代表性和一致性。然而,当水文序列发生变异之后,导致序列一致性假设不复存在。对已建、在建和待建的水利工程造成直接威胁,进而会影响国家和民族的安全与发展。因此,本文针对变化环境下水文变异问题开展研究,旨在为水利工程规划、设计、运行管理提供科学依据,并推动本学科发展。本文以渭河流域为研究对象,针对变化环境下水文要素变异问题,研究了渭河流域的降雨、气温、蒸发和径流等水文要素的变异,定量分析了气候变化和人类活动对径流、地表径流和基流变异的贡献率,找出了变异的主要驱动力,构建了水文要素变异综合诊断体系。本文取得的主要研究成果如下:(1)系统分析了渭河流域水文要素的变异及等级划分。采用Mann-Kendall变异诊断方法,对渭河流域降水、蒸发、气温和径流序列进行变异诊断,对变异划分了7个等级。结果表明水文要素均有变异出现。其中,各干支流径流序列的变异存在着时空变化性,越靠近下游支流与干流、干流上游与干流下游径流序列一致性越好;变异点基本都出现在1990s;渭河流域径流变异程度为3级,整体呈现出上游轻、下游重,支流重、干流轻的特性,变异情势存在着明显差异;(2)定量分析了支流汇入对径流变异的影响。结果表明:流量的显著变化与变异系数发生显著变化的支流和干流区间是对应的。对流量变化贡献率高的支流流量所占比例变化显著,但是比例变化显著的不一定贡献率高;对变异系数变化贡献率高的支流流量所占比例变化显著,但是比例变化显著的不一定贡献率高;(3)建立了适用于渭河流域的单参数Budyko模型,分析了气候变化和人类活动对径流变异的影响,结果发现气候变化对渭河流域林家村、咸阳、临潼和华县4个水文站的径流减少的贡献率分别为37%,23%,57%和43%。与气候变化相比,直接人类活动的影响较强,贡献率分别为63%,77%,43%和57%。直接人类活动的影响是渭河径流减少的主要驱动因子。(4)揭示了渭河流域基流变化规律,并定性分析了基流变化对流域水量平衡的影响。采用了 Nathan和McMahon在1990年提出的基流分割法对研究区域进行基流分割,从1960年到2005年,各站基流年际变化较大,变化趋势随着径流总量的趋势变化,当径流总量较大时,基流量也较大,而地表径流则变化不明显,较稳定。(5)定量分析了气候变化和人类活动对渭河流域基流变异的影响。建立了渭河流域林家村、咸阳和华县3个水文站的两阶段降水分配模型(Two-stage annual rainfall participation),结果表明:地表径流和基流变异的归因不同,气候变化是地表径流变异的主要驱动因子,贡献率均大于76%;人类活动是基流变异的主要驱动因子,贡献率均大于59%。(6)定义了水文要素的变异点,区分了变异点与突变点的不同,并描述了其内涵。基于无量纲化的均值和变差系数,提出了水文要素变异等级划分方法。系统总结和分析了国内外水文要素变异诊断方法,包括传统的定性、定量诊断方法。构建了水文要素变异综合诊断体系和方法,给出了综合诊断方法分的4个步骤:变异背景分析、变异点诊断、变异等级划分和综合诊断。以渭河流域华县水文站径流变异诊断为实例,对51年的年径流序列进行了变异综合诊断体系和方法的验证,表明文中提出的综合诊断方法具有一定的科学性和合理性。