洪水极值事件估计的可靠性对工程规划设计和防洪风险管理等工作具有极其重要的意义。提升洪水极值事件估计的可靠性是洪水频率分析中的核心问题之一。然而,在气候变化和人类活动影响的背景下,用于分析的洪水数据资料可能存在非一致性问题,这导致了基于一致性假设的传统洪水频率分析方法在实际运用中可能存在较大的估计误差。另外一个影响洪水估计可靠性的问题是洪水资料短缺。在许多流域,水文设计工作者常常面临,需要用数据年限长度不足100年甚至50年的资料去推求“百年一遇”甚至“千年一遇”洪水的问题。因此,变化环境背景下,为了提升洪水频率分析的可靠性,有必要开展在非一致性频率分析框架下利用历史洪水资料的理论方法研究。选取的研究区域包括渭河流域、汉江流域以及长江上游流域。论文主要的研究内容和结果如下:（1）运用Mann-Kendall和Pettitt检验法和单因子相关分析对研究流域的年最大日洪水流量序列非一致性进行初步诊断识别。结果显示:渭河咸阳、华县水文站,汉江安康、黄家港、皇庄水文站以及长江上游流域宜昌水文站的洪水序列均呈现下降趋势,且均存在显著突变点,其中宜昌站洪水变点发生在上世纪60年代,而其它五个站的洪水突变点均发生在上世纪80年代;渭河气候和土地利用/覆被因子在特定时期存在明显变化,且这些因子与出口站点洪水存在显著相关关系;长江上游流域气候和水库因子均存在显著变化,且这些因子与出口站点洪水存在显著相关关系。以上表明常见的洪水非一致性驱动因子包括气候变化、土地利用/覆被变化和水库影响。（2）针对水库对下游洪水非一致性影响的量化问题,本文提出了水库-降雨耦合指数（RRCI）。该指数通过一个降雨指标刻画了来水特征对水库洪水调度（削减洪峰）的约束程度,进而更真实地反映出上游水库群对下游洪水非一致性的影响。将该指数运用于汉江流域洪水非一致性分析。结果显示:在主要水库修建后,RRCI指数明显增大,且RRCI指数与洪水流量存在较高的负相关性,在安康、黄家港、皇庄站相关系数依次为-0.53、-0.71和-0.70。这表明RRCI指数能够较好地解释汉江洪水非一致性。（3）采用基于物理环境协变量的非一致性水文频率分析方法,开展渭河和汉江非一致性洪水频率分析。结果显示:在渭河流域,同时基于气候和下垫面协变量的最优模型,较无协变量、仅基于气候协变量和仅基于下垫面协变量的最优模型表现更优,渭河洪水非一致性的最佳解释变量组合为夏季降水距平、全年降水距平、耕地面积、林地面积、草地面积;在汉江流域,基于RRCI指数的最优模型,较无协变量、基于考虑库容的水库指数RIs的最优模型表现更优。（4）针对非一致性洪水频率分析中资料年限较短引起的稀遇洪水估计误差问题,提出了一种考虑历史洪水的非一致性洪水频率分析方法。以长江上游宜昌站为例。结果显示:在一致性假设和非一致性假设两种条件下,考虑1470-1881年间的历史洪水资料后均显著地改变了宜昌站稀遇洪水事件估计结果:考虑历史洪水后,反映洪水分布尾部行为的形状参数估计的不确定性减小,并且在相同协变量取值条件下,超过概率小于1%的洪水估计增大,随着超过概率的减小,增加的幅度越大。这表明在非一致性频率分析中,考虑历史洪水资料,能够有效地缓解由于水文测站资料较短而导致的稀遇洪水估计误差问题。（5）针对洪水估计不确定性评价问题,在考虑历史洪水的非一致性洪水频率分析框架下,提出一种洪水估计不确定性分析方法。该方法基于方差分解考虑了参数估计、历史洪水两种不确定性源的影响。宜昌站非一致性洪水估计的不确定性评价结果显示:参数估计不确定性和历史洪水不确定性均会导致洪水估计的不确定性,并且前者的影响显著大于后者;受到三峡及其上游水库群影响后,宜昌站稀遇洪水量级显著减小,然而,洪水估计置信区间较大,例如,在夏季降水距平协变量取值为95th分位数、水库指数取2017年水平的条件下,宜昌站超过概率小于1%的洪水估计为58237±13265 m~3/s,超过概率小于0.1%的洪水估计为65312±19903 m~3/s。这表明针对宜昌站当前水库影响下稀遇洪水估计仍然存在一定程度的不确定性。