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水文预报是指根据水文要素或其影响因素的过去或现时状态，对其未来状态做出回答，水文预报对当地生态环境保护、社会经济发展和防灾减灾等具有重要意义。我国黄土高原地区，气候干燥、植被稀疏，生态环境极其脆弱。近几十年来，剧烈的人类活动和全球气温升高的共同作用，使得当地水文系统在时空上发生变化，降水规律也明显不同，加之水文现象的本身具有的随机性、突变性、多时空尺、非线性等特征，使用传统的水文预报方法往往难以满足预报要求，需要探索新方法、新技术来进行水文预报研究。 本文以黄土高原典型黄土丘陵沟壑区——延河流域为研究区域，基于甘谷驿站1954年到1997年长序列实测径流泥沙数据，分析了延河流域降雨、径流和输沙的年内分配特征和年际变化特征，建立了支持向量机模型，以改进的粒子群算法优化支持向量机模型参数，对流域的径流量和输沙量进行了模拟，并与其他模型的模拟效果进行了对比，得到以下结论: (1)提出了改进的粒子群算法(IPSO)，通过对测试函数的数值实验，同时与其他粒子群算法进行了对比，结果表明，本文改进的粒子群算法收敛速度更快，且收敛精度更高。针对粒子群算法容易发生早熟，易陷入局部极小值的问题，本文又在改进粒子群算法（IPSO）基础上，结合混沌理论，提出了改进的混沌粒子群算法（CIPSO），通过对测试函数的实验，与其他粒子群算法的实验结果对比表明，改进的混沌粒子群算法(CIPSO)有助于种群跳出局部极小值，收敛精度明显提高。 (2)1954年到1997年延河流域降雨量、径流量、输沙量的年内分配和年际变化特征为:流域降水量、径流量和输沙量年内分配极不均匀，汛期（6～9月）降雨量、径流量和输沙量分别占全年总量的72％、65％、98％;在季节上分配极不均匀，夏季降水量、径流量、输沙量最大，冬季最小;春季和冬季降水量、输沙量变差系数要高于夏季和秋季，而径流量的变差系数要低于夏季和秋季。 (3)通过累积距平法和Mann-Kendall法对延河流域的降雨、径流和输沙的时间序列变化趋势和突变点进行了分析，并将其分为三个阶段:(1)1954年到1969年期间降水较为丰沛，产流量和产沙量相对也较多，降水量和径流量相关性显著;1970年到1987年期间径流量和输沙量表现出明显的下降趋势，降雨量与径流量为正相关，但相关性不显著;(3)1988年到1997年期间径流量和输沙量表现出波动性上升趋势。 (4)选用基于粒子群算法(IPSO、CIPSO、HPSO、BPSO)、遗传算法优化支持向量机模型，BP神经网络模型，及线性回归方程，对延河流域甘谷驿站年径流量、年输沙量、月径流量、月输沙量进行模拟，结果表明，基于本文提出的IPSO算法和CIPSO算法优化支持向量机模型的模拟效果要高于其他模型。