水文模型是水文学发展到一定阶段的产物,是描述和反映自然界中复杂水文现象的一个手段,是定量模拟水文现象特征量及其过程变化的一种有效工具,它既是水文科学研究中的一种比较实用的方法,又是当今水文科学研究和应用的重点、难点和热点之一,不仅丰富了水文学的研究体系和研究手段,而且随着水文学、计算机科学的发展而发展,促进了水文学的总体发展。流域水文模型是水文模型的一种类别,它将流域概化为一个系统,研究流域的输入因素(降雨、蒸发、前期含水量等)与径流输出(洪量、洪峰流量、等)之间的数学关系和逻辑表达式,使其能够在一定的目标下代替实际水文系统,对流域的行为进行模拟和预测。目前,流域水文模型已成为降雨径流计算的一种重要途径,不仅在实际应用中获得了很大的成绩,还推动了水文预报和相关学科的发展。HSPF(Hydrological Simulation Program– FORTRAN)模型于1981年由Johanson et al提出,它起源于1966年SWM(Stanford Watershed Model)斯坦福模型,是将数学方法应用于水文计算和预报形成的流域水文模型。多年来,美国环保署(EPA)致力于研发关于流域污染方面的数学模型以预测环境灾害,这其中,依靠气象、水文数据支持,HSPF模型大量应用于模拟人为因素影响下的自然水系统的水情和水质,并随着基础数据数量加大及精度提高达到更佳模拟效果。为了配合多种模型不同尺度下点源、非点源污染综合模拟分析的需求,平台式系统BASINS(Better Assessment Science Integrating Point and Non-point Sources)于1998年由美国环保署开发完成。该系统是一套基于GIS技术的整合式平台,内嵌了HSPF、SWAT、PLOAD、AGWA等水文模型和WDMUtil、GenScn等辅助工具。通过Basins系统,HSPF模型成功的捆绑于拥有众多插件、功能强大的Arcview中,从而为该模型所需的地形、地貌、土地利用/覆被、土壤、流域等数据的自动生成和叠加处理提供了更加方便、精准的手段,同时延长了数据处理、模拟预测的时间序列长度。HSPF模型具有“公式组-子程序-子模块-模块-模型”逐级递进的层次性物理结构,并运用“子流域-地段-要素集合-要素-对象”这一逐级递减的稳定方式来描绘和组织数据,它不仅能够依据一定规则和按照使用者设立的不同时段将一系列时间连续数据分割为有限段的离散数据,并将分割好的数据段排列和标准化,从而构建时间序列,还能够运用已有时间序列,依据一些经验公式衍生出新时间序列,作为结果输出或是新的模拟数据来源。HSPF模型的内部主模块包括透水地段水文水质模拟模块(PERLND)、不透水地段水文水质模拟模块(IMPLND)以及地表水体模拟模块(RCHRES),其中,其中PWATER水文子模块是透水地段水文水质模拟模块的运转基础,应用于水量计算和构成分析,是预报可渗透流域地段出口的河川径流总量的关键,也是本次研究所采用的核心子模块。HSPF模型外部组件主要包括BASINS系统、GenScn和WDMUtil,它们都是模型正常运转所不可或缺的模型外围组成部分。本研究还对模型内部运算机制、下渗及壤中流运算机制以及土壤柱假设等方面的模型机理进行了详细阐述。本文所选取的研究对象——河北太行山区流域,是阻隔太平洋水汽的天然屏障,是山前平原地下水的重要涵养区,也是开垦和破坏较为严重、生态环境安全危机较为明显的地区。该区域既适合进行土地利用/覆被改变的流域水文循环要素响应机制的研究,又有根据该研究制订区域绿化方案的实际需求。本文制订绿化方案时,首先以径流量为突破点,通过研究区土地利用/覆被、土壤、气象等时空数据,建立起河北太行山区降水-径流模型,并加以验证。其次,在确定区域径流量模型成立后,分别实现了区域蒸发量、区域含沙量的模拟。第三,根据区域状况,设定综合情景,对河北太行山整体进行模拟,以确定和把握这些假设情景对水文要素改变的整体趋势。第四,将太行山区按照海拔分为亚高山地区、中山地区、低山地区以及丘陵岗坡和山前平原区,以便制订具有针对性的对策。第五,根据具体区域设定不同情境进行模拟。最后,对模拟结果进行综合分析,制订出切实可行的河北太行山区绿化方案。