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小流域地表水文过程与水资源理论、地表生态、土壤侵蚀密切相关。黄土高原丘陵沟壑区水土资源流失备受关注。小流域是水土保持综合治理的基本单元，研究小流域水文过程模型为流域水土保持、水资源优化配置和洪水预报等提供辅助工具。本论文以黄土丘陵沟壑区为研究区，研究建立不同尺度小流域次降雨水文过程模型。在桥子西沟小流域（W1-b，1km2），重点研究小流域降雨入渗、产流、汇流过程模型的构建、率定及验证；在罗玉沟（W100，100km2）、吕二沟（W10，10km2）、桥子东沟（W1-a，1km2）和桥子西沟（W1-b，1km2）流域，应用水力几何理论研究多尺度流域产流过程测量方法。论文主要得出以下初步结论：（1）提出了修正NRCS-CN模型的方法，引入流域稳定入渗修正NRCS-CN模型，得到MCN模型。根据桥子西沟小流域降雨–径流过程观测数据，采用初损量观测值和计算值，计算得到流域稳定入渗率分别为4.8mm h-1和4.2mm h-1。根据计算得到的流域稳定入渗率，应用MCN和NRCS-CN模型估算流域径流过程。结果表明，稳定入渗率取值4.8mm h-1或4.2mm h-1时，MCN模型模拟流域入渗、径流的效果均优于NRCS-CN模型，对较大的入渗、径流事件更为明显；MCN模型采用稳定入渗率4.8mm h-1的模拟结果优于采用稳定入渗率4.2mm h-1的模拟结果。（2）根据桥子西沟流域降雨–径流过程水文数据及流域DEM、土壤和土地利用等空间数据，分别采用反算法（Back Calculation，BC）和事件分析法（Event Analysis，EA）计算NRCS-CN模型初损率。反算法和事件分析法确定初损率分别为0.1和0.17。初损率分别取0.1、0.17和0.2时应用NRCS-CN模型预报流域产流量。误差分析和图形拟合评价结果表明，桥子西沟流域NRCS-CN模型初损率适宜取值为0.1。（3）采用水力几何关系幂函数模型和对数函数模型拟合罗玉沟（W100）、吕二沟（W10）、桥子东沟（W1-a）和桥子西沟（W1-b）四个流域出口量水堰流量―流速关系。应用确定性系数（R2）和模型效率系数（E）分别评价模型拟合效果及验证效果。通过分析W100、W10和W1-a三个流域模拟结果探查流域尺度对两种模型参数取值的影响。结果表明幂函数参数k（单位流量流速）与流域尺度呈负相关关系，参数m（流速变化率）随流域尺度的变化趋势与参数k相反。对数函数参数e（流速变化率）与流域尺度相关性不显著，参数d（单位流量流速）与流域尺度呈负相关关系；通过分析W1-a和W1-b两个流域模拟结果研究流域土地利用方式对两种模型参数取值的影响。结果表明W1-a流域幂函数参数k显著大于W1-b参数k（P<0.001），两流域参数m无显著差异。W1-b流域对数函数参数e比W1-a参数e偏大，但无显著差异（P<0.05）。W1-a流域对数函数参数d显著大于W1-b参数d（P<0.05）。分别采用不同研究流域观测数据验证两种函数模型，验证结果均可以接受，在流速取值更为广泛的条件下，幂函数模型模拟效果优于对数函数模型。（4）应用GIS工具将桥子西沟流域划分成11个坡面，通过一条沟道连接。以流域1987–2006年降雨过程数据为输入，应用NRCS-CN模型计算流域坡面产流过程。采用自行设计的概念模型法对各坡面产流进行汇流演算，得到流域出口径流过程。通过考察径流深、洪峰流量和洪峰出现时间三个水文变量评价模型效果。径流深预测的绝对误差变化范围为-0.08–7.4mm，均值为0.35mm，相对误差变化范围为8%–-103%，均值为-1%。洪峰流量预测的绝对和相对误差最大值分别为-1.85m3s-1和-63%，均值分别为-0.02m3s-1和10%；洪峰出现时间预测的绝对和相对误差最大值分别为0.99h和-109%，均值分别为-0.09h和-17%。此外，洪峰流量和洪峰出现时间模拟结果的线性拟合斜率分别为1.09和1.04。模型的确定性系数（R2）分别为0.99和0.97。径流模拟结果的线性拟合斜率和确定性系数分别为0.83和0.78。计算得到了各水文变量拟合的均方根误差（RMSE）、模型效率系数（E）和整群剩余系数（CRM），结果表明模型对洪峰流量模拟效果最好，其次是洪峰出现时间和径流深。（5）提出一种通过测量流速根据流速-流量关系确定流量的新方法。通过求解水力几何（Hydraulic Geometry）关系幂函数反函数，建立以流速为自变量、流量为因变量的流速–流量幂函数模型。将模型应用于罗玉沟（W100）、吕二沟（W10）、桥子东沟（W1-a）和桥子西沟（W1-b）四个流域出口量水堰流速–流量关系模拟。根据模型确定性系数（R2），幂函数模型拟合优度依次为W100、W1-a、W10和W1-b。根据模型效率系数（E），幂函数模型模拟效率依次为W1-a、W100、W10和W1-b。模型验证结果表明，水力几何关系幂函数反函数模型能够用于测量流域流量，建立了一种通过测量流域出口流速而非水深确定流量的新方法。本论文研究结果有助于理解黄土高原小流域水文循环过程，为研究流域水资源优化配置、土壤侵蚀和泥沙运移等提供辅助工具。