近年来,气候变化及人类活动加剧,致使黄河流域水沙锐减。因此,研究流域水沙演变及其影响因素有助于掌握流域水沙的时变特征,为该地区水沙资源化利用提供参考依据。本文以位于黄河主要产沙区的皇甫川流域为研究对象,基于流域实测水沙数据、气象数据、生态治理数据,剖析变化环境下流域水沙演变过程,细化研究流域气象-生态-水文耦合系统的互馈机制,取得的主要研究结论如下:(1)受气候变化及人类活动影响,皇甫川流域全时期(1954-2015年)水文要素平稳性受到破坏,通过流域年降水量、径流量、输沙量突变点分析,以1979年划分皇甫川流域水文序列基准期(1954-1979年)和变化期(1980-2015年)。(2)流域全时期、基准期和变化期年水文序列趋势性、周期性分析结果显示,全时期、变化期的年径流量与年输沙量呈显著减少趋势(P<0.001);流域年径流量与年输沙量的周期性较为一致,年降水量仅在时间尺度较小时与年径流量、年输沙量的周期重合,变化期流域年水文要素的周期与基准期相比缩小。(3)量化了不同时期流域水文要素在不同时间尺度的变化特征,结果显示,流域年水文要素变化期的分布较基准期下移,各时期离散程度年输沙量大于年径流量大于年降水量;基准期和变化期汛期降水量正距平发生频数相等,汛期径流量、汛期输沙量的正距平发生频数减少;流域降水量年内分配逐渐平均,径流量、输沙量则相反;与基准期相比,变化期的降水、径流、输沙集中期均值分别提前了 6、3、4天。(4)构建了流域基准期与变化期年径流-输沙量联合分布模型并计算不同丰枯情景发生概率,结果表明,流域年径流量、输沙量组合情景以水沙同步为主,其理论发生概率在基准期与变化期分别为57.4%、69.5%。与基准期相比,变化期流域水沙组合同步的理论发生概率较基准期增大12.1%,受气候及人类活动影响,变化期水沙协同关系强于基准期。(5)对流域气象与人类活动两大水沙影响因素进行分析,结合人类活动数据进行典型时段选取,分析典型时段内流域气候和治理措施与径流输沙的相关关系,结果表明,基准期、弱变化期(1980-1999年)、强变化期(2000-2015年)流域气候分别呈暖湿化、冷干化、暖干化,降水总体呈不显著减少趋势;加之各阶段尤其是80年代后流域梯田、骨干坝、林草建设高速增长等多重因素的影响下,流域蓄水固沙能力增加,引起径流量、输沙量显著下降,进而导致流域降水量与径流量、输沙量的相关关系逐渐降低。