黄土高原是世界上水土流失最严重的地区之一。近几十年来，黄土高原实施 了一系列水土保持工程和生态恢复措施，地表覆被发生显著变化，且大部分区域 降雨减少，气温增加，有暖干化趋势。地表覆被和气候变化的综合作用使得黄土 高原的径流和输沙急剧降低，分析黄土高原流域水沙的变化特征和影响机制对区 域水土流失治理、水资源和生态系统管理具有重要意义。过去围绕黄土高原流域 水沙问题开展了大量研究，但流域径流组分的变化特征和影响机制，气候变化和 地表覆被对水沙变化的影响在不同流域（空间尺度）和不同阶段（时间尺度）有 何差异，以及流域径流和输沙模拟等问题需要进一步的定量研究。本文选取黄土 高原的主要产沙区-河龙区间的 15 个一级子流域为研究区，分析各流域 1961–2011 年间径流输沙和径流组分的时空变化特征，阐明气候变化和地表覆被 对水沙变化影响的时空格局，并使用状态空间模型对各流域月径流、输沙和含沙 量进行模拟。主要结果如下：

       （1）各流域径流和基流均呈显著的减少趋势，但基流指数在多数流域呈现 不显著的上升趋势。研究区内径流、输沙序列存在 0.5 年和 1 年尺度的显著周期， 随着人类活动的加剧，水沙变化的周期性不断减弱。与基准期相比（1961–1969 年），1970–1999 年人类活动和气候变化对径流减少的贡献率基本相当，对基流 减少的贡献率分别为 59%和 41%，2000–2011 年人类活动和气候变化对径流减 少的贡献率分别为 61%和 39%，对基流减少的贡献率分别为 63%和 37%。随着 水土保持措施的实施，各流域降雨转化成径流、基流的比例逐渐减少，径流系数 和基流占降雨的百分比均随水土保持措施面积比例的增加线性降低。空间上，水 土保持措施对径流的影响在研究区西北部较强，在东南部稍弱，对基流的影响在 空间上相对一致。

      （2）各流域的输沙量、含沙量均显著降低，但年际变异系数增加。地表覆 被对输沙减少的贡献率大于降雨，特别是 2000 年以来，在植被恢复和水土保持 工程措施综合作用下，地表覆被贡献率大于 70%。地表覆被变化对水沙锐减的驱 动在时间上存在“加剧性特征”。降雨-输沙关系呈现明显的时空格局特征，西北 部流域受降雨的影响程度较东南部更大，2000 年之后，降雨-输沙关系显著减弱， 且空间格局特征发生较大变化。产沙系数与水土保持措施的面积比例存在显著的线性关系。降雨和地表覆被变化对流域水沙变化的影响存在明显的南北分异特征。

       （3）各流域月径流、输沙模数、含沙量、降雨量、潜在蒸散发和 NDVI 在 通过显著性检验范围内至少存在 1 期滞后，月径流、输沙模数、含沙量与其相应 的主要影响因素之间都存在 1 期以上的滞后，可以基于状态空间模型利用降雨量、 潜在蒸散发和 NDVI 模拟流域水沙变化。状态空间模型对月径流量、输沙模数、 含沙量模拟结果较好，决定系数全部在 0.8 以上，相比基于幂函数关系曲线的径 流模拟和水沙关系曲线的输沙量模拟精度有较大提高。状态空间模型参数较少， 简单实用，可以用来模拟黄土高原长时间序列的径流和输沙动态变化。