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针对山西省晋西山丘区降雨偏少、生态环境脆弱、径流少等特点,选择吕梁市三川河一级支流南川河万年饱流域为对象,研究其水文循环特点,探索适用于该地区的水文模型及算法,并进行径流模拟对比分析。研究结果可为当地水资源合理利用和管理提供依据,并为同类地区地流模拟提供参考。本文在查阅国内外研究现状的基础上采用ENVI解译了万年饱流域1990年、1995年、2002年和2009年的土地利用信息,从总体趋势来看,林地和水域呈增加趋势,草地呈减小趋势,耕地先增加后减小。分别用线性趋势法、游程检验法和M-K趋势检验法分析了该流域降雨（1956-2008年）及径流（1969-2008年）的变化趋势,结果显示:该流域降雨和径流都有下降的趋势,但不显著。利用频谱分析法和小波法分析了该流域降雨-径流的周期性,结果表明:时间尺度为6a、15a和27a的3个周期的震荡波动控制着整个时间域内的降水量变化特征,其中15a左右的波动最强,为第一主周期,在49a系列内,降雨量的平均变化周期为10a左右,大约经历了5个丰-枯变化期;径流周期变化的时间尺度为6a、13a和22a,其中22a左右的波动最强,为第一主周期,在40a系列内,径流的平均变化周期为14a左右,大约经历了3个丰-枯变化期。运用M-K突变法分析了该流域降雨及径流的突变性,其中流域面降雨量时间序列发生突变的时间为1959年、1991年、1994年和2008年;径流时间序列发生突变的时间为1972年、1974年、1975年和1989年。在降雨-径流特征分析的基础上,建立了研究区的HEC-HMS分布式水文模型。产流采用SCS曲线数（CN）损失法,坡面汇流采用SCS单位线法,基流计算采用消退基流法,河道洪水演进采用Muskingum法。在模拟的40a径流中,丰水年、平水年和枯水年的合格率分别为81.8%、75.0%、70.6%,表明丰水年模拟效果较平水年和枯水年好,降雨量越大,模拟效果越好。表明HEC-HMS水文模型可应于该地区的径流模拟。分析了模型参数与径流深、最大流量的关系,CN值、RC、R与径流深呈正相关,而K与其呈负相关,x与径流深无关;CN值、R与最大流量呈正相关,tlag、K、x与最大流量呈负相关,RC与最大流量无关。模型参数对模拟结果的敏感性顺序为:CN（29）R（29）K（29）x（29）RC（29）tlag（29）Q。为进一步探索简便易行的径流模型,采用ELM模型对研究区40a径流进行模拟预测。结果表明:在模拟的40a径流中,丰水年、平水年和枯水年的合格率分别为72.7%、75.0%、70.6%,ELM模型亦可用于该地区的径流模拟,模拟效果与降雨量多少关系不显著。对比分析HEC-HMS模型与ELM模型,二者各有优缺点,在实际工作中可将二者结合使用取得更好的模拟效果。