本书根据国家重点研发计划项目“黄河流域水沙变化机理与趋势预测”的研究成果系统总结而成。全书以黄河流域坡面-沟道-流域-区域等多尺度与林草-梯田-淤地坝-水库等多措施耦合为研究对象，基于数据与平台—过程与机理—模型与预测—评价与对策等全链条设计，围绕强人类活动影响下的黄河流域水沙变化机理与未来发展趋势中的基本理论和关键技术开展研究，揭示近百年黄河水沙演变规律，辨识流域水沙变化多因素耦合驱动机制及贡献率，研发多因子耦合驱动的流域分布式水循环模型与流域泥沙动力学过程模型，构建流域水沙变化趋势集合评估技术，预测未来30～50年黄河水沙量，提出维持黄河健康的水沙调控阈值体系与新水沙情势下黄河保护和治理的策略与措施。
本书可供从事水土保持、泥沙运动力学、水文学及水资源、生态地理学、防洪减灾、水沙资源配置与利用、黄河治理等方面研究、规划、设计和管理的科技人员及高等院校有关专业的师生参考。

前言
第1章 绪论
1.1 黄河流域水沙变化研究现状与问题
1.1.1 变化环境下水沙演变规律
1.1.2 水沙变化归因分析
1.1.3 水土流失过程与水沙效应
1.1.4 水沙变化趋势预测
1.1.5 水沙调控理论与技术
1.2 研究区概况
1.2.1 黄河流域
1.2.2 黄土高原
1.2.3 主要产沙区
1.2.4 典型流域
1.3 研究资料与方法
1.3.1 资料收集
1.3.2 实验开展
1.3.3 研究方法
1.3.4 技术路线
第2章 黄河流域降水与下垫面演变过程
2.1 降水变化特征
2.1.1 黄河流域降水变化特征
2.1.2 黄土高原降水变化特征
2.1.3 主要产沙区降水变化特征
2.2 下垫面演变特征
2.2.1 植被覆盖时空变化
2.2.2 梯田时空变化
2.2.3 淤地坝时空变化
2.2.4 水库分布特征
第3章 黄河流域水沙时空演变及其分异规律
3.1 流域水沙时空演变
3.1.1 上游水沙变化
3.1.2 中游水沙变化
3.1.3 主要产沙区水沙变化
3.2 典型流域侵蚀产沙特征与水沙关系变化
3.2.1 典型流域侵蚀产沙反演
3.2.2 典型流域水沙关系变化
第4章 黄河典型流域产汇流机制与产输沙规律
4.1 流域场次暴雨-洪水-输沙关系变化
4.1.1 典型场次暴雨洪水事件筛选
4.1.2 场次暴雨-洪水和暴雨-输沙过程变化
4.1.3 场次暴雨-洪水和暴雨-输沙关系变化
4.2 流域降雨-产输沙关系变化
4.2.1 典型流域降雨-产沙关系变化
4.2.2 典型流域径流-输沙关系变化
4.2.3 入黄支流径流-输沙关系变化
4.3 主要产沙区产汇流机制辨析
4.3.1 流域产汇流机制辨析方法
4.3.2 典型流域产汇流机制演化辨析
第5章 黄河流域水沙变化主要影响因素驱动机理及其贡献率
5.1 坡面措施对流域水沙变化的影响
5.1.1 林草植被对流域水沙过程的影响
5.1.2 梯田对流域水沙过程的影响
5.1.3 林草和梯田对流域水沙过程的耦合调控作用
5.2 淤地坝对流域水沙变化的影响
5.2.1 淤地坝系对沟道侵蚀动力过程调控
5.2.2 淤满淤地坝水沙阻控机制
5.2.3 溃决淤地坝泥沙输移机制
5.3 水库淤积与风沙入黄对流域水沙变化的影响
5.3.1 河潼区间水库淤积量
5.3.2 河潼区间水库的拦沙效应
5.3.3 风沙入黄对黄河水沙变化的影响
5.4 水沙变化的多因素协同机制与群体贡献率
5.4.1 泥沙来源与贡献率识别
5.4.2 水沙变化驱动因子贡献率及群体效应
第6章 黄河流域水沙变化趋势预测模型构建
6.1 多因子驱动的黄河流域分布式水沙模型
6.1.1 模型构建
6.1.2 模型率定与验证
6.2 流域水沙动力学过程模型
6.2.1 模型框架
6.2.2 模型通用技术
6.2.3 模型率定与验证
6.3 SWAT模型改进与验证
6.3.1 模型闭合参数和闭合关系
6.3.2 模型率定与验证
6.4 产沙指数模型
6.4.1 不同类型区产沙指数计算方法
6.4.2 模型验证
6.5 HydroTrend模型
6.5.1 模型修正
6.5.2 模型率定
6.6 GAMLSS模型
6.6.1 模型原理
6.6.2 典型流域径流和输沙模型构建
6.7 基于机器学习法的水沙预测模型
6.7.1 预测模型构建
6.7.2 多模型预测结果
6.7.3 最优模型选取
6.8 基于人工智能法的水沙预测模型
6.8.1 基于XGBoost算法的模型构建
6.8.2 典型流域径流过程模拟效果
6.9 基于频率分析的沙量预测模型
第7章 未来30～50年黄河流域水沙变化趋势预测
7.1 未来气候变化多模式预估及不确定性
7.1.1 未来气候演变趋势
7.1.2 未来降水变化趋势及不确定性
7.1.3 基于CMIP6模式的未来降水预估及不确定性
7.2 黄土高原植被恢复潜力预测
7.2.1 植被类型变化过程
7.2.2 植被类型变化趋势预测
7.2.3 相似生境方法的植被潜力预测
7.3 未来30～50年黄河流域水沙变化多模型预测
7.3.1 流域分布式水沙模型的径流预测
7.3.2 流域水沙动力学过程模型的泥沙预测
7.3.3 改进SWAT模型的泥沙预测
7.3.4 HydroTrend模型的泥沙预测
7.3.5 产沙指数模型的泥沙预测
7.3.6 人工智能法模型的泥沙预测
7.3.7 集合机器学习模型的水沙预测
7.3.8 GAMLSS模型的水沙预测
7.3.9 其他方法的泥沙预测
第8章 黄河流域未来30～50年水沙变化趋势集合评估
8.1 典型流域的水沙变化归因与预测方法适用性评价
8.1.1 现有模型预测结果分析
8.1.2 基于标准化数据输入的现有预测结果分析
8.2 水沙变化模拟-预测集合评估技术
8.2.1 集合评估技术框架与指标体系
8.2.2 集合评估技术应用———以皇甫川流域为例
8.2.3 集合评估技术应用———以无定河流域为例
8.3 未来30～50年黄河流域