水资源问题是21世纪人类最关心的问题之一。随着全球变暖、人类活动负面影响的加剧，地球上的水循环正在发生巨大变化，研究全球变化和人类活动影响下的水资源动态演变规律，对于人类合理开发和利用水资源具有十分重要的意义。而水文模型则是研究和解决水资源问题的有效手段。　　 地形是降雨-径流陆面水文过程中的关键影响因素，控制着流域中水的流向和流速，是描述陆面地貌特征的重要因子。基于地形来构建陆面水文模型不但可行而且可靠。1979年由Beven和Kirkby首次提出的TOPMODEL模型就是典型的以地形为建模基础的半分布式水文模型，而Niu等2005年提出的SIMTOP产流机制则为基于地形构建大尺度分布式水文模型提供了重要的理论基础。本文首先回顾了水文模型的发展历程，介绍了TOPMODEL模型的发展现状；然后详细叙述了基于地形建模的TOPMODEL模型的理论基础；最后结合TOPMODEL模型和SIMTOP产流机制的理论基础，分别在流域地形的数学表达、SIMTOP产流机制的研究与改进，以及基于TOPX理论的水文模型构建与应用三个方面做了工作，主要的工作内容及结论如下：　　 (1)流域地形的数学表达：通过地形指数这个定量的指标来反应流域地形的空间分布，设计了基于IMFD算法的地形指数单流向、多流向算法以及消除河道对地形指数空间分布影响的改进的IMFD算法。选择汉江上游酉水街流域为研究区，计算了四种算法下的地形指数空间分布，并将计算结果代入到分布式TOPMODEL模型中进行试验后发现：不同算法下得到的地形指数最大值、最小值、均值以及空间频率分布曲线的差别较大，改进的IMFD算法更加合理、准确；不同的地形指数算法对于分布式水文模型的径流模拟影响较小。　　 (2)SIMTOP产流机制的研究与改进：分析了双参数幂指数函数在地形指数CDF曲线拟合过程中的参数不确定性问题，提出了Cs与λm值之间存在线性负相关关系，并指出这种关系受DEM分辨率的大小及地形指数计算方法的影响。提出了运用高斯函数进行拟合的方法。　　 (3)基于TOPX理论的水文模型构建与应用：构建了用于小尺度集总模拟的TOPX模型，选择汉江上游的子午河流域5年的气象水文数据对模型进行了测试，率定期和验证期模型的Nash系数分别达到77.03％N71.43％，表现出较好的模拟精度，进一步研究后发现：不同的地形指数CDF曲线拟合方法对径流模拟的影响较小，TOPX中汇流参数比产流参数对模型模拟结果影响更加敏感。构建了用于大尺度模拟的分布式TOPX模型，选择泾河流域对模型进行了测试，定性以及定量分析了模型的模拟结果。