随着气候变化和人类活动的加剧,黄河中游水沙变化愈加剧烈。针对黄河中游多沙粗沙区水沙变化问题,本文采用累积量斜率变化率比较法、弹性系数法、GAMLSS模型以及分位数归因分析等方法,分析了无定河流域气象和水沙的变化趋势,阐明了气候变化和人类活动对流域水沙变化的影响,确定了流域水沙变化的主要影响因素,量化了主要影响因素对先定河流域水沙变化的贡献率。本文取得的主要研究成果如下:(1)阐明了无定河流域气象和水文序列的变化趋势。无定河流域年降水量存在不显著的增加趋势;年潜在蒸发量有显著的减少趋势,突变年份为1982年;年径流量和年输沙量均有显著的减少趋势,且突变年份均为1971年。采用GAMLSS模型和优选的GAMMA函数对无定河流域年降水量、年潜在蒸发量、年径流量和年输沙量系列的均值和方差随时间的变化趋势进行了分析,结果表明,年降水量系列的均值没有显著变化趋势,但其方差随时间发生了显著变化;年潜在蒸发量和年输沙量系列的均值均随时间的延长存在显著变化趋势但方差无明显变化趋势;年径流量系列均值和方差均随着时间的延长存在显著的变化趋势。(2)采用累积量斜率变化率比较法和弹性系数法定量辨识了气候变化和人类活动对无定河流域水沙变化的贡献率。结果表明,基于累积量斜率变化率比较法的年降水量、年潜在蒸发量以及人类活动对无定河流域年径流量的贡献率分.别为12.50%、21.68%、65.82%;基于弹性系数法的年降水量、年潜在蒸发量以及人类活动对无定河流域年径流量的贡献率分别为14.64%、21.62%、63.74%。基于累积量斜率变化率比较法的年降水量、年潜在蒸发量以及人类活动对无定河流域年输沙量变化的贡献率分别为3.56%,6.18%,90.25%;基于弹性系数法的年降水量、年潜在蒸发量以及人类活动对无定河流域年输沙量的贡献率分别为0.99%、9.77%、89.24%。人类活动对无定河流域年径流量、年输沙量变化的贡献率均大于气候变化对年径流量、年输沙量变化的贡献率,并且人类活动对无定河流域年输沙量变化的贡献率明显大于其对年径流量变化的贡献率。(3)基于单个协变量和多个协变量的计算结果合理性比较。分别基于GAMLSS模型建立了年降水量、年潜在蒸发量、年累积坝控面积、年累积水平梯田面积、年累积林地面积和年累积种草面积单个协变量与径流量和输沙量之间的拟合关系,以及六个协变量组合与径流量和输沙量之间的关系。分析结果表明单个协变量与径流量和输沙量之间的拟合关系中,存在拟合方程与以往研究结果相矛盾的情况,而考虑多个变量之间的交互作用所建立的六个协变量组合与径流量和输沙量之间的拟合方程则比较合理。与基于单因素的拟合公式推求结果相比,基于多因素的年径流量、年输沙量拟合公式推求得到的年径流量、年输沙量过程线模拟结果更符合无定河流域水沙的实际年际变化情况,且模拟结果的不确定性区间更小。(4)不同协变量对水沙变化的贡献率。基于GAMLSS模型所拟合的多因素组合与径流量和输沙量之间的函数关系,采用分位数归因分析法定量计算了年降水量、年潜在蒸发量、年累积坝控面积、年累积水平梯田面积、年累积林地面积和年累积种草面积对无定河流域水沙变化的贡献率。以1984～1988年径流量和输沙量为基准值,1998年为分界点,年降水量、年潜在蒸发量、年累积坝控面积、年累积水平梯田面积、年累积林地面积以及年累积种草面积对1988～1998年期间无定河流域年径流量减少的平均贡献率依次为18.89%、0.24%、28.74%、52.04%、-4.74%和 4.83%,而 1999～2009 年期间的平均贡献率依次为-2.60%、-0.06%、41.73%、40.87%、29.24%、-9.19%。年降水量、年潜在蒸发量、年累积坝控面积、年累积水平梯田面积、年累积林地面积以及年累积种草面积对1988～1998年期间无定河流域年输沙量减少的贡献率依次为26.75%、7.90%、22.84%、33.73%、-3.44%、12.22%,而 1999～2009 年期间的相应贡献率依次为-4.85%、21.39%、46.57%、38.80%、31.36%、-33.27%。