当前环境下流域水循环受到气候和人类活动的双重影响,其运转机理和能量分布已经发生了巨大改变。由于人类活动的复杂性,其对流域水循环变化的贡献明显变得多样化,为了深入了解变化环境下流域水循环的主要驱动力,解决目前流域水资源供需不平衡的矛盾,需要定量探究气候变化和人类活动对流域水循环变化的影响。另外,流域水循环的变化直接影响到水资源的时空分布,导致流域气象和水文干旱问题逐渐突出。特别是近年来,全球变暖影响加剧,作物生长季高温热浪的增多进一步诱发了流域骤发干旱的频繁发生。干旱问题已严重影响到流域生态、农业和社会经济可持续发展,需要深入开展流域干旱变化特征和发展趋势的研究。因此,本文选取了受全球气候变暖影响显著、人类活动干扰强烈的渭河流域为研究对象,以地理学、气候学和水文学的理论为指导,利用分布式水文模型、气象台站数据和全球气候模式数据,定量分析了气象要素、土地利用和直接人类活动对流域水循环要素变化的影响;研究了历史时期流域骤发干旱、气象和水文干旱的时空变化特征;并选取了 4个最优全球气候模式数据,预测了流域未来不同升温情景下水循环要素和干旱的时空变化趋势,以期为解决流域水资源供需矛盾、科学防旱抗旱提供理论参考。本文的主要内容和研究成果如下:（1）使用DEM数据、土壤数据、土地利用数据以及28个气象台站逐日数据,建立了渭河流域分布式水文模型SWAT（Soil and Water Assessment Tool）。以林家村、咸阳和华县站的实测径流数据来校准和验证模型,得到最优参数值,最终三个水文站的模拟径流与实测径流的NSE均大于0.5、R2均大于0.6、Pbias均处于±25%之间,证明模型适用于渭河流域水循环变化研究。（2）运用21个降尺度的CMIP5气候模式数据（NEX-GDDP数据集）驱动SWAT模型,分析其输出的径流在渭河流域的时空表现力,研究发现CMIP5-SWAT对流域径流的空间分布表现较好,与实际径流分布的相关性达0.95-0.99;对流域径流的多年平均值模拟效果较好,但是时间变化趋势能力较弱。通过综合评估21个模式,选取了 4个在水文模拟中综合评估能力最优的模式,分别为GFDL-CM3、MIROC5、MPI-ESM-MR 和 NorESM 1-M。（3）基于SWAT模型,设计了6种情景试验来定量研究主要气象要素（降水、气温和风速）、土地利用变化和直接人类活动对渭河流域水循环要素（径流、蒸散发和土壤含水量）变化的影响。研究发现,降水量是影响蒸散发和土壤含水量的主要因素,直接人类活动是造成径流量显著下降的主要影响因子（贡献率大于50%）,而土地利用变化对流域水循环变化的影响较小。值得注意的是,2000s气温对流域水循环的影响正在迅速加强。（4）骤发干旱根据其驱动力不同,可以分为高温热浪型骤发干旱和降水短缺型骤发干旱。1962-2015年渭河流域高温热浪型骤发干旱易发生在东北部地区,而降水短缺型骤发干旱在流域南部发生较多。1962-2015年高温热浪型骤发干旱有明显增多趋势,而降水短缺型骤发干旱呈减少趋势,这种现象主要是由于流域气温逐年增高,而该时期降水逐年略微减少造成的。总体来看,渭河流域降水短缺型骤发干旱的发生频率和持续时间均高于高温热浪型骤发干旱。（5）渭河流域1962-2015年气象和水文干旱均呈增加趋势,轻旱发生频次均为最多;流域南部多发生气象特旱和水文特旱,西部多发生气象轻旱和水文轻旱;流域东南部人口聚集区水文干旱的频率和强度有明显增加趋势;流域气象干旱和水文干旱有显著的相关性,且水文干旱的发生较气象干旱滞后2个月。（6）在不同RCP情景下,未来渭河流域降水量有增多趋势,受其影响,径流、蒸散发和土壤含水量均有增加趋势。升温2℃时,这些水文要素变化较不稳定,升温3℃时,水文要素的增加率明显高于升温2℃时的情景。升温2℃-3℃时,流域东北部发生高温热浪型骤发干旱的频率增多,而流域东南部降水短缺型骤发干旱的出现频率增多;流域西北部地区未来降水量总体增多,但是降水量年内分布不均现象严重,会出现较多的气象干旱;流域中西部地区水文干旱发生频率较基准期有明显增多。