受气候变化和人类活动的影响,自然环境一直处在不断变化的过程中,期间水文系统也随之发生了改变,水文序列表现出显著的非线性和复杂性。其中,人类活动的影响尤为突出,虽然这种影响极大地促进了区域社会经济的高速发展,但一些不合理的行为也引发了一系列问题,如水资源短缺、水污染、河流生态服务功能褪减、水资源承载力下降等,业已严重威胁社会经济的可持续发展。同时,随着水文系统平衡关系的打破,水文序列的一致性不复存在、统计规律无法在未来重演、水文系统的熵值显著增高、水文序列的长程记忆性被“中断”,非一致性、非平稳性、多重分形等特征成为变化环境下水文序列的新代名词。而这些变化无疑也给传统工程水文设计方法敲响了警钟,如何准确预测未来的河川径流量,如何开展科学、有效的区域水资源管理,一系列问题被忽然间提上了科学家的日程。可是,要解决这些问题,首先必须了解水文系统到底发生了怎样的变化,即水文变异的特征识别与诊断。鉴于此,本文在深化水文变异概念与内涵,归类已有水文变异诊断方法的基础上,从水文统计学、时间序列理论、系统论、物理成因分析等多个角度,构建了水文系统变异综合诊断体系,并以渭河流域为案例区域,展开水文变异综合诊断分析,探究了渭河流域水文系统的变异特征及驱动机制。论文的主要研究内容和结论如下:(1)梳理水文变异的方法体系以前人的研究成果为基础,凝练了水文变异的概念与内涵,从五个不同层面,即水文时间序列的时态、水文时间序列的不同属性、诊断方法的假设条件、水文时间序列的变异形式和对象的空间维度,对水文变异的类型和诊断方法进行了分类。同时,基于水文时间序列存在的偏态分布、季节趋势、异常值、自相关性以及检验中常出现的掩蔽效应等问题进行分析,总结了可行的前(后)置程序与处理办法。(2)水文变异综合诊断体系以往水文变异的识别多基于统计学方法,但其真伪仅能通过显著性检验检测,所得结论常缺乏可信度,而遭受质疑。本研究针对这一问题,提出了从多个角度或多个参数联合识别,再通过综合诊断确定真实变异点的思路,并构建了水文变异综合诊断理论与方法。体系包括10个子模块,即均值变异诊断模块、回归变异诊断模块、方差变异诊断模块、周期变异诊断模块、长程自相关性诊断模块、熵值变异诊断模块、生态水文关系变异诊断模块、水沙指标变异诊断模块、降水径流长程互相关关系变异诊断模块、空间变异诊断模块。水文变异综合诊断体系通过同时切入水文系统中的各要素(统计学参数、系统演化参数、水文特征),分模块检验,再对其进行综合,认为不同要素或同一区段大多数要素同时发生变异时,才被视为水文系统发生了变异,即真实水文变异。(3)渭河流域水文变异综合诊断基于水文变异综合诊断体系,以渭河流域为例,通过初步水文条件分析、均值变异诊断、回归变异诊断、方差变异诊断、周期变异诊断、长程自相关性诊断、熵值变异诊断、生态水文关系变异诊断、水沙指标变异诊断、降水径流长程互相关关系变异诊断以及空间变异诊断,对不同模块的可行性和可靠性进行了验证,并基于综合诊断检验,得到了渭河水文系统变异的真实变异区。研究结果表明从多个角度共同检测水文系统的变异特征,并进行二次综合诊断是非常必要的,仅应用均值跳跃变异可能会遗漏水文系统的真正变异点。(4)渭河流域水文变异的驱动因子分析通过渭河流域水文变异及其驱动因子的概念性驱动模型,分析了各驱动因子与渭河流域水文系统变异之间的驱动关系。分析结果表明:水库建设驱动的河道取水、降水量变化和社会总耗水量变化是渭河流域水文系统变异的主因。水土保持面积和土地利用类型变化,导致区域蒸发量变大,也在一定程度上驱动渭河流域水文系统变异,是其重要影响因素。归因结果一定程度上验证渭河流域水文系统发生“真实”变异结论的可靠性,为区域水资源管理和规划以及水文预测提供重要的参考信息。