中国西北干旱区的自然地理特征和水文气候条件导致了复杂多变的流域洪水形成机制。在全球和区域气候变化影响下，该地区流域洪水的年际变化特征及驱动机制仍不明确，制约了重点区域防洪减灾以及“一带一路”倡议的实施。本文基于中国西北干旱区58个流域1961—2017年实测年最大洪峰量级系列，借助统计检验和机器学习聚类方法，分析并揭示了该地区过去近60年流域洪水的形成机制、空间格局及年际变化特征。研究发现中国西北干旱区流域极端洪水频次和年最大洪峰量级均呈增加趋势，极端洪水频次最大增幅约0.84次/10a，年最大洪峰量级相较于多年平均值最大增幅约29%/10a，增幅较大流域主要位于天山东部和祁连山地区。西北地区流域洪水成因主要可分为暴雨型、融雪型和混合型3种，其中暴雨型和混合型洪水频次呈增加趋势，融雪型洪水频次呈减少趋势。洪水成因转换对年最大洪峰量级增加贡献最高可达38%，显著高于由单一水文气象要素变化对洪峰量级变化的贡献程度。研究结果强调从成因机制转变角度开展地理环境复杂地区流域洪水预测及变化归因的重要性。变化环境下的工程水文设计需要考虑洪水成因导致的洪水样本非一致特征对洪水频率分析的影响，从而为流域洪水风险管理及应对提供科学支撑。

暴雨洪水的形态特征是洪涝预警预报及灾害防控的重要指标，在防洪减灾工作中具有重要指示意义。传统水文学研究多关注变化环境下洪水量级的变化特征，对于洪水形态参数变化和影响机理的研究还有待深入。本文以高度城市化的太湖平原水网区为典型，构建了基于过程的暴雨洪水事件识别方法，揭示了1971—2020年暴雨洪水事件的形态特征变化及其驱动机制。结果表明变化环境背景下太湖平原地区不仅洪水量级（洪峰水位和水位涨幅）发生显著变化，洪水涨落形态特征（如涨水速率和退水速率）也发生了明显改变。随着城市化程度增加，暴雨洪水形态特征变化呈现先增加后减小的非线性变化特征，受到了不透水面和水利工程设施的共同作用。洪峰水位有61.5%站点存在显著突变和76.9%站点呈现显著上升趋势。涨水速率有46.2%站点存在显著突变，所有站点均呈现增加态势，其中38.5%站点达到显著水平。退水速率有53.8%的站点存在显著突变和显著趋势特征，整个时段趋势达0.628 mm·d^-1·a^-1（p<0.05）。前期水位条件和降雨特性是影响该地区洪水形态特征的主要驱动因素。本文研究结果将加深对变化环境下太湖平原地区洪水演变规律的认识，可为类似平原水网地区洪涝灾害防控提供参考和支撑。

古洪水事件是水文过程对极端性气候事件的瞬时响应。通过野外实地考察，在淮河支流沙河闫湾段的河岸台地中，发现含有一套3层记录古洪水事件沉积物OFD1、OFD2和OFD3的黄土—古土壤沉积剖面，并进行了采样以及沉积物理化性质和光释光测年分析。粒度端元分析表明，OFD1、OFD2和OFD3均为水动力作用下形成的古洪水泛滥沉积物。但是OFD3、OFD1的粒度组成主要为砂级颗粒（>60%），而OFD2、古土壤（S₀）、过渡性黄土（L_t）和马兰黄土（L₁）的粒度组成以粉砂为主（>70%）；并且OFD3和OFD1的磁化率值和地球化学元素Na₂O、K₂O和SiO₂含量明显高于OFD2、S₀、L_t和L₁，而Al₂O₃和Fe₂O₃含量低于OFD2、S₀、L_t和L₁；OFD2的粒度组成、磁化率值和地球化学元素组成与S₀、L_t和L₁相近，与OFD3、OFD1明显不同，这可能是由于OFD2与OFD3、OFD1的物质来源不同所致。光释光测年和沉积剖面地层年代框架对比表明，该沉积剖面记录了淮河流域全新世晚期1550—1400 a的一期3次特大古洪水事件。高分辨率气候代用指标、大气环流因子以及全球平均温度的变化分析表明，沉积剖面记录的1550—1400 a一期3次特大古洪水事件，是对这一时期气候突变的响应，正好对应中国南北朝（420—589 AD）严重的气候恶化期。该研究结果对于揭示区域水文气候变化对全球变化的响应规律具有重要意义。

北极勒拿河流域径流是北冰洋的主要淡水来源之一，对北极大气、海冰热力过程和海洋温盐环流产生重要影响。随着气候变化的加剧，勒拿河流域径流的变化日趋显著。为探究勒拿河流域径流变化对气候变化的响应机制，本文使用M-K趋势检验分析了1975—2014年勒拿河流域气候及径流的变化趋势并通过构建耦合融雪冻土模块的abcd-cr水文模型，结合气候情景模拟和径流弹性系数分析，对不同气候情景下年和季节尺度的径流变化量及径流对气温和降水变化的敏感性进行了定量估算。结果表明：① 1975—2014年勒拿河年和季节尺度的平均气温均呈上升趋势；年及夏秋季的平均降水呈上升趋势，春冬季平均降水呈下降趋势；年及春、秋、冬季径流呈显著上升趋势，夏季径流呈减少趋势。② 气候情景模拟结果量化了降水变化和气温变化引起的年及季节径流的变化量。③ 敏感性分析结果表明年径流随降水的增加而增加，随气温的升高而减少；降水变化对季节径流的影响与年径流类似，但引起的径流变化幅度在不同季节呈现显著差异，其中夏季径流变化幅度最大，冬季径流最小；气温变化对季节径流的调节相较年径流更为复杂，受蒸发的季节性与冻融过程的相互影响，春季径流随气温的增加而增加，其余季节径流随气温的增加而减少。

了解湖泊沉积物中C、N、P化学计量特征对于加强陆地水域生态系统化学计量学研究和揭示草型、藻型不同湖泊生态系统生源要素响应轨迹具有重要意义。本文基于覆盖全湖的20根短钻岩芯，对云南浅水富营养湖泊异龙湖沉积物有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）进行测定与分析，结合前人对异龙湖稳态转换发生的对应沉积深度划分，探讨了水体富营养化驱动的草型、藻型湖泊演化阶段对沉积物化学计量特征的影响。结果表明，湖泊沉积物C、N、P化学计量特征存在明显的时空异质性，异龙湖藻型湖泊阶段TOC、TN和TP含量分别为(4.83±1.47)%、(0.42±0.09)%和(0.04±0.01)%，均显著高于草型湖泊阶段的(3.87±0.98)%、(0.31±0.08)%和(0.03±0.02)%。藻型湖泊阶段的C∶N∶P值为347∶26∶1，较草型湖泊阶段（519∶35∶1）显著下降，反映了水体富营养化驱动下草—藻型稳态转换过程的水生植物群落更替和水环境参数改变对低内稳态有机个体在生态化学计量学上的影响。在不同元素之间，受有机质来源组成、化学元素的功能及活性差异等多因素影响，异龙湖沉积物中C、N元素主要在河流入湖口及沿岸带富集而P元素在深水区富集，导致P元素与C、N元素间的耦合性较低。在表层0~15 cm，异龙湖沉积物TOC、TN和TP埋藏量分别为1829 t/km²、160 t/km²和16 t/km²，顶部0~5 cm（藻型湖泊阶段）的平均埋藏速率较10~15 cm（草型湖泊阶段）升高30%~36%，但受含水率影响，10~15 cm的储量是顶部0~5 cm的1.5倍。与其他富营养化湖泊对比发现，温度极大地影响着湖泊有机质的有效埋藏，对湖泊沉积物C、N、P的源、汇功能起到关键的调控作用。异龙湖较高的水温使得底泥营养盐容易释放到湖泊水体中形成二次污染，加剧了湖泊生态修复的难度。本文揭示的湖泊生态化学计量及储量特征可为深化高原湖泊C、N、P循环认识与评估营养盐埋藏提供重要的科学依据。

西藏大骨节病现已进入防控的巩固提升阶段，厘清其病情消退的时空机理，对促进高原地方病长效防控具有重要意义。本文基于2000—2015年西藏大骨节病检出率数据，综合运用随机森林和空间统计方法，分析了西藏大骨节病病情的时空变化特征，探索了影响大骨节病病情消退的主要因素及其区域差异。结果表明：① 2000—2015年西藏各病区大骨节病病情稳定下降，空间上病情由总体东高西低、南高北低的分布态势逐渐向东部地区集聚，昌都病区病情最重且持续时间最长；② 重要性位列前4的影响大骨节病病情消退的因子分别为农牧民人均食品消费、人均GDP、农牧民人均可支配收入和NDVI，除NDVI外，其他因子均与大骨节病检出率呈负相关关系；③ 阿里病区大骨节病病情变化主要受人均GDP和农牧民收入水平影响，雅江中游病区和昌都病区则受膳食因素影响更大；④ 不同年份大骨节病流行的主导因素差异较大，具体表现为由自然因素为主导向人文社会因素主导转变，社会经济、膳食营养和土地利用方式对西藏大骨节病病情防控具有重要作用。鉴于西藏独特的环境条件，加强多元化食物供给、坚持退耕还林还草仍是防控大骨节病的基本对策，而提高病区经济发展水平、改善居民膳食营养是高原大骨节病长效防控的根本保障。

水体水化学与同位素组成受自然和人为因素共同控制，研究其组成及变化成因对流域水资源合理利用和科学管理具有重要意义。本文系统采集了玉龙雪山—丽江地区地表—地下水水化学、氘氧（δD/δ¹⁸O-H₂O）和碳（δ¹³C-DIC）同位素样品，重点分析上述指标沿径流方向的空间演化，并对比2005年与2021年水化学组分浓度变化，探讨人类活动影响区域水环境的时空差异。结果表明：① 流域地表—地下水以大气降水和冰雪融水补给为主，水化学类型主要为Ca·Mg-HCO₃和Ca-HCO₃型，部分民井受人类活动影响，Na⁺、K⁺、Cl^-和 {\mathrm{S}\mathrm{O}}_4^{2-}浓度上升。② 受自然和人为因素共同影响，δD和δ¹⁸O-H₂O值沿地表—地下水径流方向增加，δ¹³C-DIC值减小，Na⁺、K⁺、Cl^-和 {\mathrm{S}\mathrm{O}}_4^{2-}在流经主城区后因污废水输入而浓度明显增加。③ 玉河河水流经大研古镇后由III类水降低至IV类水（NH₄⁺超标），且古镇内井水Na⁺+K⁺与δ¹³C-DIC、Cl^-+ \mathrm{ } {\mathrm{S}\mathrm{O}}_4^{2-}与δ¹³C-DIC显著性负相关，揭示了古城旅游活动对水环境的负面影响。④ 与2005年相比，受市政污水补给的漾弓江Na⁺、K⁺、Cl^-和 {\mathrm{S}\mathrm{O}}_4^{2-}浓度增长速率大于拉市海、玉峰寺泉和团山水库。研究揭示人类活动对玉龙雪山—丽江水环境产生了一定的负面影响，为流域水资源保护提供了基础数据；同时证实同位素和水化学相结合是研究水环境变化及控制因素的重要手段。