在气候与地表覆被变化影响下,世界上大部分流域的水文过程都发生着深刻的变化。密西西比河作为全球第四大河流,其水沙时空变化特征与驱动机制研究对河流水沙调控和流域可持续管理具有重要意义。本论文在收集密西西比河流域1930-2017年水文气象、土地利用、坝系工程等数据基础上,采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验和集合经验模态分解(EEMD)等方法系统分析了流域气候水文要素的时空变化趋势,利用水热平衡耦合方程和泥沙恒等式诊断归因法定量解析了径流和输沙变化的原因,分析了气候与地表覆被变化对水沙变化的影响。主要结果如下:(1)密西西比河及其子流域径流均呈上升趋势,除阿肯色河外其余子流域的上升趋势均显著,突变年份多集中在1972年。密西西比河及其子流域输沙量均呈现下降趋势,四个子流域中密苏里河的下降趋势最明显,密西西比河流域输沙变化的突变年份为1975年和1986年。径流和输沙量的年内分布均具有明显的季节性,主要集中在3-5月份。密西西比河流域降水呈显著增加趋势,气温呈下降趋势,但趋势不显著,潜在蒸散发呈显著下降趋势。(2)密西西比河的水沙关系以1972年为分界点,1972年之后径流输沙线性回归关系的斜率从0.103下降到0.043,流域的输沙能力有所下降。各子流域1972年之后的径流与输沙量有着极显著的线性相关关系(p<0.001),且密苏里河流域回归关系的斜率要大于其他三个子流域,密苏里河流域径流的输沙能力较其他子流域大。(3)气候因子与径流输沙具有相似的短变化周期,径流和气候因子的前两个变化周期可以解释变量的大部分变化,而泥沙周期分解的残差项较大,说明径流主要受到气候变化的影响,输沙量变化除受气候因子影响外还受地表覆被变化影响。密西西比河及其子流域径流量与降水的相关性最好,相关系数为0.561(p<0.01),而输沙量与大坝蓄容量、堤岸工程长度、农田面积和不透水性面积等地表覆被因子相关性较好。降水-径流输沙的双累积曲线进一步表明密西西比河降水与径流的一致性较好,径流受地表覆被变化影响较小,而降水与泥沙的一致性较差,斜率在1963年和1985年发生较大变化。(4)密西西比河及其子流域径流对降水变化的弹性系数绝对值最大,变化范围为1.82～2.63,径流对降水变化最敏感。降水量增加对密西西比河径流增加的贡献最大,高达69.44%,其次是下垫面参数变化的贡献,为31.17%,潜在蒸散发的贡献最小,为0.16%。密苏里河流域和上密西西比河流域降水和下垫面变化对径流变化的贡献各占一半左右,而俄亥俄河和阿肯色径流的主要影响因素为降水,贡献度分别为68.13%和76.11%。总体上,整个密西西比河流域径流变化主要受到降水变化的影响。(5)利用泥沙恒等式诊断归因法分析密西西比河及其子流域年输沙量变化的主要影响因素,结果表明含沙量减少是密西西比河流域年输沙量减少的主要原因,对输沙减少的贡献度为141.03%。四个子流域中除阿肯色河外其余子流域输沙量变化的主要影响因素均为含沙量下降。