气候变化与人类活动是造成流域水沙变化呈现非一致性的驱动力。过去几十年,关于流域水沙变化的研究取得了丰富的研究成果。统计模型可以实现高效简洁的水沙预报,为水土流失治理提供必要的支持,但也存在着缺乏清晰的物理过程的缺点。基于物理过程的流域水沙预报模型成为弥补统计模型缺陷的重要技术,但是参数的冗余和复杂对真正完全实现水沙过程的机理模拟造成重重障碍。因此,在这两种模型之间实现平衡,并找到一种基于能量学理论的水沙关系响应参数具有十分重要的理论意义。本研究以黄土高原无定河流域为研究区域,分析了无定河流域白家川、丁家沟、赵石窑、绥德水文站控制的4个子流域水沙变化的非一致性特征,基于能量学理论对无定河流域的水沙关系变化进行了解析,推导并提出了流域径流输沙能量的理论与计算公式,识别出流域年径流输沙能量的表征指标,最后定量计算了气候变化和人类活动对无定河全流域年径流量、年输沙量和年径流输沙能量的贡献率,并分析了生态建设对年径流量、年输沙量和年径流输沙能量的影响。取得的主要研究成果如下:(1)无定河流域4个子流域在1960～2015年间的年降水量均不存在明显变化趋势和显著突变点,年降水量年明显存在40年左右的主周期振荡和24年、3年左右的小周期变化,4个子流域年降水量周期变化表现出一致性。4个子流域年径流量和年输沙量均存在显著下降趋势(p<0.05),年径流量和年输沙量在70、80、90、00年代存在显著突变点(p<0.05),年径流量和年输沙量分别存在40年和30年左右的主周期振荡。4个子流域的年降水量与年径流量、年降水量与年输沙量、年径流量与年输沙量之间表现出明显的非一致性关系,被解释变量的方差均随着解释变量而变化。(2)无定河流域4个子流域在1960～2015年间,径流输沙耦合协调度和径流能量输沙耦合协调度均呈现显著下降趋势(p<0.05)。年径流量和年径流能量一般在较大情况下对年输沙量影响最为强烈,其中年径流能量与年输沙量作用关系更为紧密。对于无定河流域白家川、丁家沟、赵石窑和绥德水文站,当年径流输沙能量中参数Q1和Q2分别取值为一年中逐日流量序列的1和0.885分位点、1和0.985分位点、0.995和0.86分位点、0.99和0.935分位点时,年径流输沙能量与年输沙量线性关系最优,R2分别达到0.85、0.78、0.87、0.87。流域年径流输沙能量是流域年径流能量中对输沙起有效作用的能量,其一般指标形式与流域较大的流量存在紧密联系,流域年径流输沙能量总是和流域年输沙量保持高度一致性。(3)相比于第一阶段(基准期),人类活动对无定河流域年径流量、年输沙量和年径流输沙能量减少作用在第二阶段时的贡献率分别为84.60%、105.62%、114.57%,在第三阶段时的减少贡献率分别达到了 105.75%、117.60%、126.92%。人类活动的变化对于无定河流域年径流量、年输沙量和年径流输沙能量的减少起主导作用,并且这种主导作用在不断加强。年降水量和淤地坝建设在1960年代到1970年代对年径流量、年输沙量、年径流输沙能量的影响主要表现为减少的作用。梯田的建设主要在1960年代发挥了减少年径流量、年输沙量和年径流输沙能量的作用。2000～2015年无定河流域年植被覆盖度显著增加面积占流域总面积的85.38%,90.92%面积年植被覆盖度风险等级处于中度偏低状态。在退耕还林政策实施以前,自然的植被增加并不会引起年径流量、年输沙量和年径流输沙能量的显著减少。