研究和认识区域水循环特征及其对气候变化和人类活动的响应是流域水资源科学规划与管理的基础,也是进行水资源宏观调控的重要依据。分布式水文模型是研究区域水循环特征的重要手段和方法,广泛地应用于水文水资源对气候变化、人类活动等变化条件的响应研究。汇流模型在水文模型中把产流通过汇流演算汇集到流域出水口,是进行区域水循环分布式模拟不可或缺的部分。本文构建了一种新的多尺度汇流模型,并与大尺度水文模型Three-layer Variable Infiltration Capacity(VIC-3L)进行耦合,对该模型在三个流域采用多种空间和时间尺度进行了验证,并把该模型应用到了渭河流域近30年来径流锐减原因分析。本文的主要研究内容和结论如下:　　(1)构建了一种适用于大尺度网格的多尺度汇流模型。该模型基于高分辨率数字高程模型(DEM),提取网格尺度的汇流网络和地形信息。多尺度汇流模型允许每个网格的坡面汇流和河道汇流同时具有多个汇流方向,使得在大尺度网格下的汇流网络和地形信息更加精细地反映了地表实际情况。　　(2)多尺度汇流模型借鉴VIC-3L模型中描述空间异质性的方法,在坡面汇流中反映了汇流单元坡长空闻异质性。与传统的采用平均坡长相比,该模型采用了网格内坡面的坡长分布直方图信息,反映了网格内汇流过程的空间异质性。　　(3)实现了多尺度汇流模型与大尺度水文模型VIC-3L的耦合。产流和汇流过程模拟的紧密耦合,使得VIC-3L模型及其多尺度汇流模型可以实现对产汇流过程的分布式模拟。模型除了出水口流量过程线的模拟外,还可以模拟流域内任何网格内的流量过程。　　(4)多尺度汇流模型可以明显减少空间和时间分辨率对汇流结果的影响。在通过六种网格大小和两种时间步长对三个流域的出水口断面径流量进行模拟,该模型在布鲁河流域、伊利罗伊河流域和艾尔克河流域进行了验证。模拟结果显示,和八方向法相比,多尺度汇流模型可以明显减少模拟结果对空间和时间分辨率的依赖性。和瞬时单位线法相比,多尺度汇流模型得到的模拟结果与之接近,同时多尺度汇流模型由于其分布式模拟的特点,可以模拟流域内部任何位置的流量信息。多尺度汇流模型比八方向法和瞬时单位线法都具有优势。　　(5)把VIC-3L,模型及其多尺度汇流模型应用到了渭河流域,分析了近30年来气候变化与人类活动对渭河华县水文站径流减少的贡献率。经过情景设置和模型模拟分析,渭河华县站90年代减少的35.35亿m3年均实测径流当中,气候变化导致了11.18亿m3的径流减少,占实测径流锐减量的31.64％,人类活动导致了24.16亿m3的径流锐减量,其中18.74亿m3的径流减少是由下垫面的改变而引起的,占53.03％,5.41亿m3的径流减少是由社会取水导致的,占15.33％。渭河华县站2000年.2007年减少的32.74亿m3年均实测径流当中,气候变化、下垫面变化和社会取水分别导致了2.15亿m3,28.41亿m3和2.19亿m3的径流减少,分别占实测径流锐减量的6.55％,86.77％和6.68％。人类活动深刻改变了下垫面的产汇流条件是径流锐减的主要原因。采用80年代的气候条件模拟分析得出,90年代和2000年后的下垫面变化对径流量减少贡献率分别为57.66％和42.34％。气候变化引起径流量的减少,其减少比例与降水量的减少比例相当,降水量减少是气候变化各个要素中引起径流减少的主要因素。　　本文在多尺度汇流模型构建、多方向法汇流网络提取、汇流信息空间异质性的描述和应用、渭河流域径流锐减的原因模型分析方法等方面具有一定的创新性。但在研究中仍然存在一定的不足,比如由于资料所限,未能对导致下垫面变化的水利水保措施的减水作用及其贡献率展开分析;在渭河流域水文模拟过程中,由于降水量、实测径流、还原的天然径流等实测资料在时空精度上的限制,径流模拟精度有待进一步提高;多尺度汇流模型中目前仅能对水量进行模拟,缺乏溶质运移模块,不能对渭河流域近年来比径流量锐减幅度更大的来沙量锐减进行模拟分析。