近年来,地球气候系统正经历着显著的变化,加之日益增强的人类活动影响,二者交叉影响下的变化环境一定程度改变了天然状态下的流域水文循环过程,使其由天然的水文循环过程逐渐演变成“社会水文”耦合循环过程。水文过程与社会过程通过日益频繁的人类活动已经紧密地联系在一起,已不再是简单的水量交换关系。这使得传统的水文分析或模拟研究中将水文系统和社会系统视为两个独立的系统,并将人类活动影响视为水文系统的外生变量的研究处理方法面临挑战,分析与模拟结果的准确性也备受质疑。我国黄土高原上的无定河流域就是社会水文耦合变化的典型流域。自20世纪70年代以来,无定河流域开展了大规模的水土保持与生态恢复工作,加之气候变化影响,无定河流域的水文循环受到严重扰动,原有的水文规律或模型参数在变化环境下的适用性遭致诸多质疑。故本研究拟在社会水文学的框架下,将社会与水文视为同一系统,通过构建社会水文学分析体系与模拟模型,实现对无定河流域社会水文变化的全面解析。本研究主要基于Budyko水热耦合平衡假设,结合基流退水曲线位移法与分项调查法,构建社会水文学分析体系,并对无定河流域1975-2010年间的地下水蓄变量、蒸散发量与径流量的年际变化做出识别与定量归因分析。同时,基于水量平衡公式及气候、社会、水文因子间的互馈机制,建立流域社会水文学模拟模型,并开展对无定河流域的社会水文变化的模拟研究,以期为流域的水资源管理决策提供技术支持与参考依据。具体的研究内容与结论如下:(1)对无定河流域1975-2010年气候条件、土地利用类型、社会因子以及水文条件的年际变化与趋势进行了识别与分析,发现无定河流域的气候条件、土地利用类型、社会因子发生了复杂的变化,且各因子对流域水文循环产生了不同方向的影响,构造了复杂的变化环境,在此环境下,对于无定河流域水文循环特征的揭露,必须从社会水文学的角度开展研究。1975-2010年间,气候条件中,降水的减少直接导致流域的水量输入减少,气温的增加、气压的减少与相对湿度的减少,将导致流域蒸散发的增大,进而导致径流减少,而风速与日照时间的减小,又将引起流域蒸散发的减小,进而导致径流增大;社会因子中,人口、农灌面积、牲畜数量、工业产值、水库数量与淤地坝数量的显著增加表明人类取用水活动将导致流域内社会水循环的通量愈来愈大,人类活动造成的流域下垫面变化将造成流域产汇流机制的变化,反映到水文变化上,就是流域径流量显著减少。差异性的驱动因素变化导致了无定河流域的变化环境的高度复杂性,因此对于无定河流域水文循环的研究必须基于社会水文学的框架进行。(2)在社会水文学的框架下,基于Budyko水热耦合平衡假设,构建了流域社会水文学分析体系和社会水文学模拟模型。(1)社会水文学分析体系主要从流域水量平衡公式入手,通过对流域地下水蓄变量的计算,并基于Budyko假设实现了在每年尺度上对流域蒸散发与径流变化的定量归因分析。(2)与已有的相关研究对比,社会水文学分析体系在研究的时间尺度与归因全面性方面有所突破,可从基流量、地下水补给量、地下水开采量的角度实现每年尺度上流域地下水蓄变量变化的定量归因分析,从气候变化、人类取用水活动与下垫面变化角度实现每年尺度上流域蒸散发与径流的定量归因分析,为进一步开展流域水资源管理研究提供了手段和依据。(3)社会水文学模拟模型是基于分析体系发展而成,其通过流域社会水文循环过程中各因子的物理关系,实现了不同因子间的互馈关系的定量描述。模型可通过设定社会取用水与流域下垫面情景,对流域未来的地表及地下水资源量变化展开模拟分析。(4)与传统的水文模型方法对比,社会水文学模拟模型实现了复杂变化环境下的水文模拟,具有模型结构物理性强、参数简单、输入数据易获得、包含人类活动影响、可模拟气候与人类活动条件同时变化情况下流域社会水文循环变化的优点,同时它也避免了传统水文模型在应用中所遇到的模型结构与参数不确定、无法模拟变化环境下水文循环过程等问题。(3)根据社会水文学分析可知,在1975-2010年间无定河流域地下水蓄变量受到地下水补给量减少、地下水开采量增多与基流量减少的驱动影响呈下降趋势,且在20世纪90年代之后几乎全为负值,这表明地下水储存量呈下降趋势;气候变化使得流域蒸散发量减少,人类取用水与下垫面变化使得流域蒸散发增大,三者综合作用下流域蒸散发量总体呈下降趋势,且气候变化的影响量级最大,为流域蒸散发量减少的主要原因;气候变化与地下水位的改变导致流域径流有增大趋势,而人类取用水与下垫面变化使得径流呈减小变化,在四者共同驱动作用下无定河流域的径流量总体呈显著下降趋势,其中气候变化与下垫面影响的量级较大,且呈对冲情势,由径流总体缩减的变化趋向,不难发现人类活动导致的下垫面变化应是径流减小的主要原因。(4)建立了无定河流域社会水文学模拟模型,并以2011年为典型年,基于1975-2010年无定河社会水文状态对四种社会取用水与下垫面状态的组合情景下无定河流域的径流与地下水蓄变量进行了模拟。模拟结果表明人类取用水活动对流域地表径流量的变化影响较小,但会引起地下水储存量的变化,而人类活动引起的流域下垫面的改变将会引起流域蒸散发量较大的变化,从而对径流量产生较大的影响,故笔者认为未来可通过调整用水结构与取用水途径以减少地下水开采量、提高用水效率、重点控制流域下垫面变化情况、调整土地利用结构等措施恢复无定河流域的地表及地下水资源量。