近年来,黄河流域受气候变化和人类活动等因素影响,固水固沙能力欠佳,流域土壤侵蚀和水土流失问题加剧,出现严重的土地退化和生态环境恶化,水沙情势变化显著。湟水流域是黄河水系上游左岸最大支流,处于青藏高原与黄土高原过渡带,地势西北高、东南低,境内高山、丘陵交错分布。由于其特殊的地形地貌特征,湟水流域水土流失严重,水沙异源且变化不均,是黄河流域的主要产沙区。分布式流域水文模型可以有效模拟流域水沙过程,本研究选用WEP-SED水沙模型为模拟平台,提出一种在无实测产输沙组分资料下的坡面产沙、沟壑产沙、河道产沙等环节产沙组分比例间接确定方法,模拟湟水流域的水沙过程并进行归因分析,定量揭示湟水流域在气候变化和人类活动影响下的水沙演变规律并进行归因分析,预测2020~2050年在变化环境下的流域水资源变化。本文主要研究内容和成果如下:(1)分析民和断面历史实测径流和输沙等水沙过程的变化规律特征。(1)民和断面年径流量自1962~1965年发生突变后呈不显著下降趋势;民和断面年输沙量在1990年发生突变。根据水沙变化规律将1963~1990年和1991~2018年分别设为基准期和变化期。(2)民和断面多年平均径流量为15.82亿m3,呈不显著减少趋势,减少速度为-0.64亿m3/10a,变化期内的年径流量较基准期下降14%。(3)民和断面多年平均输沙量为1 276.68万t,呈显著减少趋势,减少速度为-391.3万t/10a,变化期内输沙量的减少幅度为基准期的62%,其减少幅度是年径流量减少幅度的4.4倍。(2)分析湟水流域气温、降水等气象监测数据的变化规律特征。(1)湟水流域年均气温为0.74℃,多年以来呈显著增加趋势,增加速度为0.209℃/10a,年均气温在1989年发生突变;变化期内年均气温较基准期增加0.58℃。(2)湟水流域年均降水为528.49mm,多年以来呈不显著增加趋势,多次发生降水突变;变化期较基准期的年降水量增加量为5.43mm,变化期内大雨、小雨天数较基准期增加,中雨天数变化不明显。(3)湟水流域在变化期内的林地、草地、裸地、农田面积较基准期的变化较小;湟水流域于1991年后开始淤地坝的建设,与年输沙量出现突变时间一致,2018年淤地坝面积增长至27.58km2,占湟水流域面积较小。(3)以WEP-SED水沙模型为模拟平台进行参数的率定和验证,分析湟水流域水沙过程变化。(1)WEP-SED水沙模型能够较好的模拟湟水流域径流量和输沙率过程,其中,径流模拟结果中相对误差RE为3.60%,NASH效率系数为0.73,R为0.87;输沙率模拟结果中RE为-5.38%,NASH系数为0.57,R为0.77。(2)湟水流域变化期内总蒸散发量较基准期的下降幅度为2%;多年来的地表水资源量呈不显著下降趋势,变化期内地表水资源量较基准期的下降幅度为11%;多年来的地下水资源量呈不显著下降趋势,变化期内地下水资源量较基准期的下降幅度为8%。(3)湟水流域坡面产沙量、沟壑产沙量、河道产沙量下降趋势明显,三者分别占多年平均输沙量的45%、15%、40%,变化期内坡面、沟壑、河道产沙量较基准期的下降幅度分别为82%、1495%、183%。(4)进行湟水流域在气温、降水、土地利用、淤地坝等因素影响下的水沙过程归因分析。(1)湟水流域总蒸散发量在上述四个影响因素影响下呈增加趋势,各因素对总蒸散发量贡献率分别为30.1%、74.6%、-6.4%、1.6%。(2)民和断面年径流量在四个因素影响下呈减少作用,各因素对年径流量的影响贡献率分别为-20.6%、-42.7%、1.9%、-38.6%。(3)民和断面年输沙量在上述因素影响下呈减沙作用,各影响因素的贡献率分别为-15.4%、-59.0%、1.5%、-27.1%。(5)预测湟水流域2050水平年的水资源量。2050水平年的地表水资源量20.80亿m3,较预测基准期(1986~2005年)下降11%;地下水资源量预测为11.09亿m3,较预测基准期下降3%;民和断面2050水平年的年径流量为12.25亿m3,较预测基准期下降18%。