随着气候变化的加剧和人类活动的影响,干旱区水资源短缺呈加剧趋势。尤其在地下水开采影响下,许多流域水储量降低,地表径流减少甚至断流现象愈加普遍,流域水平衡向非稳态转变。河川径流变化的归因分析成为环境变化领域研究的热点问题。目前大多研究主要讨论地表过程变化的径流效应,而对地下水变化对径流影响的量化研究较少。本文以黄河流域伊洛河流域为研究区,考虑地下水变化对径流的影响,对流域径流变化的原因进行系统研究。主要研究工作和成果结果如下:（1）采用Mann-Kendall趋势及突变检验法、累积距平法及小波分析法等方法,分析了1960-2018年间研究区各水文气象要素（包括气温、降水、潜在蒸散发和径流）的变化特征。结果表明,伊洛河流域气温呈显著上升趋势（0.2℃/10a）,而潜在蒸散发呈显著下降趋势（-50.6 mm/10a）,存在“蒸发悖论”现象。潜在蒸散发与风速呈显著正相关,表明伊洛河流域的“蒸发悖论”主要是由风速下降引起。同时,尽管降水下降趋势不显著（-3 mm/10a）,但径流呈显著下降趋势（-3.1×10~8m~3/10a）,并且径流在1986年发生突变,径流的突变、周期变化特征与降水和气温的变化关系密切。（2）对比分析九种基流分割方法在伊洛河流域适用性,结果显示Eckhardt数字滤波法取得了最佳的分割效果。基流变化趋势分析表明,1960-2018年间,伊洛河流域基流量呈显著下降趋势且枯水季基流比例较高,降水量和气温是影响流域基流变化的主要气候因素。GRACE重力卫星数据显示,伊洛河流域水储量呈显著下降趋势,流域水平衡呈非稳态特征;进一步分析月水储量变化与基流之间关系发现,基流对流域水储量变化的响应存在两个月的滞后,二者存在明显的指数关系(Qb=eaΔS+b)。（3）针对传统Budyko模型对地下水储量变化（非稳态）考虑不足的问题,本研究在流域水分供给项中考虑地下水组分,通过微分推导,改进Budyko水热耦合模型,从而实现在非稳态条件下运用Budyko模型进行径流变化归因的定量分析。结果表明,在1987-2001年,气候变化尤其是降水减少是径流变化的主要原因,其次是下垫面状况和潜在蒸散发的变化;而2002-2018年,下垫面变化是该流域径流变化的主导因素,贡献率占比将近50%,其次是基流和潜在蒸散发的变化。通过两种模型的对比,进一步验证了改进的Budyko模型能够更好的应用于非稳态流域径流变化的归因研究。