我国是一个干旱缺水严重的国家。日趋尖锐的水资源短缺、水污染恶化及洪涝灾害频发等水安全问题，已成为制约我国经济社会可持续发展的关键因素之一。对于典型的北方半湿润半干旱缺水地区，由于地表径流相对较少、人口的不断增长及气候变化等问题的存在更加剧了本地区的水资源短缺。显然，为了有效利用水资源，达到流域水资源永续利用，地表水及地下水资源作为一个整体协调开发利用势在必行，流域尺度的地表水地下水运动及其间的水分转化机制的研究也是必要的。基于水文物理机制的流域尺度的水资源联合模拟研究为水资源评价提供了快速准确的方法。　　 通过水文模型理论及建模所需技术的突破，为分布式水文模型的建立提供理论基础及技术支撑。本次研究的主要目标之一就是提出适用于半干旱半湿润农业流域的水资源综合开发利用的水文模型的理论框架，建立一具有物理基础的分布式水文模型。　　 模型在理论上的进展包括：(1)基于Green-Ampt方程的基本假定，建立了适合计算层状土壤不恒定降雨及非均一初始土壤含水量条件下的GALS模型。此模型可以预测积水发生时间、累积入渗量和入渗能力。研究中分别采用国外开发的模型及分层土壤的降雨入渗实验来验证模型的计算结果。结果显示，计算值与国外模型计算的结果高度吻合，最大误差不超过0.8‰，相关系数均近似为1；计算值与实验观测值也有较好的一致性，其中湿润锋深度的观测值和计算值相关性系数高达0.94，而积水出现时间仅相差5s。(2)在数字水系提取技术保障基础上，发展了坡面汇流的运动波理论，建立了基于数字河网水系的运动波坡面汇流演算模型。此汇流模型的特点在于其同时考虑地形及土地利用变化条件下的洪水模拟。将此汇流模型应用于新安江模型，改进了传统的新安江模型汇流算法。选取淮河史灌河流域黄泥庄以上集水区域，面积805km2，作为研究区域。流域历史上的11次洪水过程用来率定和验证此分布式的汇流模型。洪水模拟的结果显示，模拟的洪水过程与实测过程具有很强的一致性，效率系数达到0.90左右。　　 模型在技术上的突破包括：(1)基于已有的数字水系提取算法，提出了平原及受人类影响强烈区域的水系提取算法，该算法融合了多源信息，如遥感、传统的地图信息等等。该方法对多源信息进行栅格化，根据栅格化地图信息，采用所提出的高程-距离函数对DEM进行校正，以使得所提取的数字水系与实际水系精确拟合。(2)以前面在入渗、坡面汇流理论及数字流域技术的研究为前提，本文建立了平原流域水文循环分布式模拟模型(Distributed Hydrology Model forPlain Basin Hydrological Cycle，简称DHM-PBHC)。所建立的水文模型DHM-PBHC为一基于水文过程描述(Process-based)的有物理基础的分布式水文模型，该模型多数参数的确定原则上不需要率定，可以通过试验或物理特性推求而得。考虑到将其应用于半湿润半干旱地区，主要模拟以下水文过程：(1)植被、水面及裸地蒸散发；(2)层状土壤入渗及再分布；(3)地表径流包括坡面径流和河道径流;(4)浅层地下水带与河道、土壤包气带的界面补给过程等。为反映不同状态的水分在不同介质的运动的连续性和变异性，模型在空间上被离散成有限的单元。其中，在水平方向上，按照地形和实际河网资料，流域被划分为具有汇流次序编码的网格系统，此系统中的网格又被分别定义为坡地和河道单元。在垂直方向上，根据土壤组成及岩性变化，流域地下水流系统被划分为具备多层结构的柱状单元系统。　　 研究中，将DHM-PBHC模型应用于黄河天然文岩渠流域。该流域地处于河南省黄河北岸平原区，流域面积为2514 km2。该流域水资源量除受降雨等气象因子影响外，还接受黄河侧渗及引黄水量的影响。为研究黄河及天然文岩渠河道渗水特性，采用变水头入渗试验现场测定河床沉积物渗透性能。建立了天然文岩渠流域水资源全要素模拟模型。为消除初始条件的影响，本次研究认为模型的“预热”暨率定期为1年是恰当的。　　 模型的应用表明，其具备了流域水资源全要素模拟的能力，尤其在地表水模拟方面显示了较高的效率，不论流域黄河段的水量演算还是流域出口的预测其确定性系数均超过0.85，且径流总量偏差控制在±10％。