径流作为水循环主要水文要素之一，是水资源的重要存在形式。对径流时间序列的的演变过程进行研究是把握水循环动态演化特征的一个重要途径。本文以分形理论为基础，对长江流域宜昌站多年月径流进行深入的研究分析，得到了以下研究成果：(1)对月径流时间序列进行了柯尔莫哥罗夫－斯米尔诺夫(Kolmogorov-Smirnov)正态性检验，确定了月径流时间序列的非线性特性，揭示了其具有分形分布所有的尖峰胖尾的特点。(2)将滑动平均法(MA)与消除趋势波动分析法(DFA)相结合，对消除季节性周期波动的月径流时间序列进行定量计算。计算结果显示，月径流时间序列存在显著的长程相关性，标度指数明显的大于0.5；月径流时间序列的分形维数为1.3644，由此判断其为典型的分形径流时间序列。(3)将非对称消除趋势波动分析法(A-DFA)应用到径流时间序列的分析中，得到了不同时间尺度上的波动趋势的非对称相关性特点；描述了径流序列正趋势波动和负趋势波动的变化规律，确定了径流长期演变过程总趋势是逐渐减小的；定量的给出了径流波动的趋势转换点。在一定程度上丰富了径流波动性分析的内容，为进一步把握径流演变规律提供支持。(4)提出改进的多重分形消除趋势波动分析法(MF-DFA)，对径流时间序列进行系统的多重分形分析；研究了径流演变的规律，从不同时点上刻画了径流序列的分形特征，为径流的预报和科学管理提供有力支持；应用一种多重分形谱分析法，从定性和定量两个方面说明径流序列具有较强的多重分形性；深入挖掘径流时间序列多重分形特征形成的原因，引入重排数据法和替代数据法进行对比分析，揭示了月径流时间序列多重分形特征是序列本身的长程相关性和胖尾概率分布共同作用的结果，其中，胖尾概率分布的影响为主要原因。