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受气候变化和人类活动的双重驱动，在全球范围内各种尺度下的水文过程发生了深刻变化。由此带来了流域水文序列的时空变异、极端和突变水文极值事件，并引发了一系列水资源衍生问题，直接威胁水安全、国家安全以及人类的生存和发展。在此变化环境下，实测水文序列的变异颠覆了目前工程水文分析计算的前提，即破坏了水文序列的“一致性”假设。因此，正确分析变化环境下的水文序列规律，探索其变异诊断和重构的理论与方法具有重要的现实意义。本论文以渭河为研究对象。进行径流序列的变异诊断和重构研究，主要的研究成果如下： (1)渭河干流年面降雨的变异时间与其支流泾河及北洛河相差不大：干流年径流序列的变异时间早于两支流；干流及各子流域年径流系数的变异时间与年径流序列较接近，即由人类活动导致的下垫面变化是引起干流及各子流域径流发生变异的主要原因； (2)采用灰色马尔科夫模型对渭河流域年径流变化趋势进行预测。预测林家村及咸阳站未来年径流有减少趋势，且年径流较变异后年径流偏少；预测华县及张家山站未来年径流有增多趋势．但年径流较变异后年径流偏少；预测状头站未来年径流有减少趋势，且年径流较变异后年径流偏少； (3)在改进SVM及统计降尺度模型基础上对渭河流域月径流进行重构。重构出的林家村、成阳、华县及张家山站月径流较变异后实测月径流偏大。状头站则相差不大；重构出的各站月径流较变异后月径流的Rmean和Rsd较小，σ、Cv及Cs变小： (4)利用CMIP5和逐步回归预测方法对渭河流域月径流进行重构。重构出的5个分区月径流均较变异后实测月径流偏小；重构出的各分区月径流较变异后月径流的Rmean和Rsd较小，σ、Cv及Cs变小； (5)基于渭河流域各水文站月径流趋势、周期及随机成分提取，采用RBF模型对年径流序列进行重构。重构出的林家村、成阳、华县及状头站年径流序列较变异后实测年径流偏小，张家山站则偏大；重构出的各站年径流较变异后年径流的Rmean和Rsd较小，σ及Cv相差不大，但Cs变小； (6)通过相空间BP神经网络对渭河流域月径流进行重构。重构出的林家村、咸阳和状头站月径流较变异后实测月径流偏大，华县和张家山站则偏小；重构出的各站月径流较变异后实测月径流的Rmean和Rsd较小，σ、Cv及Cs相差不大。