我国西北地区深居亚欧大陆腹地，水汽来源较少，大部分属于干旱和半干旱地区。区域内水资源十分短缺，受气候变化与人类活动影响，水文响应相对明显。河源区相对封闭，人类活动较少，气候变化是区域水资源与环境变化的主要原因。气温升高引起冻融关系变化，进而改变河源区水源补给关系。广阔的黄土高原流域，水文过程受到气候变化和人类活动共同影响。人类不断加强的水资源开发利用措施，改变流域产流下垫面，引起水文循环过程变化。　　气候变化和人类活动影响水文循环过程的各个环节，而且在不同时期不同的研究区域，水文过程的改变存在较大差异。气候变化引起降水、蒸发、冰雪融水等水量变化，人类活动改变下垫面条件，引起产汇流特性变化。随着经济的快速发展，水资源需求增加，水资源紧缺问题日益严重，人类活动和气候变化与水文循环过程之间的响应关系也会得到更多研究。在西北干旱与半干旱地区，内陆河流水源主要来源于冰川融水、其次为降水，河源区水资源主要受气候变化影响，而在中下游流域，降水稀少，河道水流的存在完全取决于人类活动的影响强度;黄土高原流域，河流水源主要来源于降水，水资源总量较少，由于区域人类活动长期大强度干扰与不合理开发利用，致使下垫面植被覆盖率维持在较低水平，生态环境脆弱现状已经难以改善。　　西北地区，河源区径流是流域重要的水量来源，以气温升高为主要代表的气候变化会明显影响径流的补给关系，冰雪融水增加补给河源区径流，同时蒸发强度加大会导致水资源的消耗增加。黄土高原地区的人类活动较为强烈，径流同时受到气候变化与人类活动的双重压迫，径流过程变化的影响机理复杂。　　特殊的地理与气候环境下，径流与气候变化和人类活动的响应关系，具有较大的不确定性和复杂性。需要针对研究区域水文气象特性，通过多种途径结合分析不同水源补给和气候条件下的水文响应变化，并探讨主要影响因素及其时间和空间变化规律。　　本文结合西北地区不同径流补给来源和影响因素具有明显差异的特点，选择河源区和黄土高原区典型流域进行研究。通过建立具有严格物理机制的确定性水文模型（分布式水文模型）和随机水文模型（统计模型）相结合的途径，综合研究不同区域环境下的水文响应机理。研究主要内容如下:　　(1)考虑河源区水源补给形式，建立了降水、气温、蒸发、积雪与径流系列的COPULA联合分布模型。依据多元相依结构变化，提出了不同时期主要气象要素对径流影响的定量估算方法，分析了气候变化对流域水资源耗散过程的影响。　　(2)应用分布式水文模型和统计模型，模拟了黄土高原典型流域基准期和人类活动影响期的径流变化，量化了不同时期气候变化、人类活动的水文响应。　　(3)利用聚类分析方法探讨了不同流域不同时期典型降雨的逐时变化过程，以相关系数和平均误差总和为目标，针对TOPOMODEL模型建立了参数率定的多目标优化模块。