受全球气候变化及人类活动的影响，水资源的短缺及有效管理，成为日益关注的热点问题。采用地表水-地下水耦合的分布式水文模型，分析水循环过程、拟定流域水资源管理方案，对于揭示水循环规律、有效管理水资源具有重要理论与实际意义。这些年来，众多科研机构开发了一系列复杂程度各异的模型软件。在这些软件开发过程中，对非饱和水流运动过程的刻画是水循环中最关键的环节之一，因为其计算精度直接影响着模拟结果的可信度。非饱和水流运动过程一般用传统的Richards方程来刻画。基于Richards方程建立流域水文模型的一个局限性在于需要大量的参数。Richards方程主要适用于刻画小尺度均质的非饱和流，但它经常被用于刻画大尺度非均质流动系统，这个问题引起了人们对Richards模型在大尺度流域模拟中的可行性和有效性的讨论。运用Richards方程来刻画流域尺度上的非饱和流增加了对计算机运算能力的要求，因为获取方程的数值解需要对模型进行空间和时间上的离散。运用Richards方程计算较复杂，在流域尺度上是否有更加简单快捷的模型能够获得和Richards方程相同或者更好的模拟效果呢?　　 全球气候变化和日益加剧的人类活动(土地利用方式变化)对水文循环产生了深远的影响。对同一地区，不同土地利用方式、不同尺度(点和流域尺度)对水文循环有何影响，对于不同地区，不同的气候条件和土地利用方式对水文循环有何影响。　　 针对这些问题，本文通过丹麦水力学研究所(DHI)开发的分布式水文模型(MIKESHE)软件建立地表水-地下水耦合的Skjern流域分布式水文模型，并对此模型进行参数率定。在此基础上对以下几个方面进行研究：(1)模型结构方面，非饱和流概念模型对流域水文响应的影响(2)模型应用方面，以丹麦Skiern流域流域为例，不同土地利用方式、不同尺度(点和流域尺度)对流域水文响应的影响；以丹麦Skjern流域和华北平原为例，对比分析不同的气候和土地利用方式对水文循环的影响。　　 (1)非饱和概念模型对流域水文响应的影响。　　 本文在建立Skjern流域地表水地下水耦合的流域水文模型的基础上，比较了这些非饱和流概念模型模拟的水文响应异同点。基于丹麦土壤属性数据库，采用了Pedo-transfer-functions(PTFs)方法获取土壤水力参数。根据土壤颗分数据，0-30cm的土壤具有2种类型(粗砂，亚粘土)，30cm-70cm的土壤有3种类型(粗砂，粘土，细砂)，70-300cm的土壤有4种类型(粗砂，砂质粘土，亚粘土，粘土)。利用ARCGIS软件进行空间叠加获得24种不同的岩性组合，来刻画Skjern流域非饱和带的非均质性。针对上面提出的问题,本文建立5种不同的非饱和流水文模型：(>)两层水均衡模型TLM(Simple two layer water balance model for the rootzone and instantaneous routing of the excess water to water table)(>)简单参数化的Richard方程模型RI2(Richards’equation-simple parameterization)(>)基于PTFs和土壤数据库获取参数的Richard方程模型RI24(Richards’equation-parameterization determined on the basis Of pedo-transfer functions and detailed soil maps)，(>)考虑优先流的Richard方程模型RIBP(Richards’equation with bypass to accommodate for spatial variability)(>)考虑重力流的Richard方程模型RIGR(Simplified version of Richards’equation only considering gravity flow)　　 分别对这5种模型进行参数率定之后，得出如下结论：(1)5种非饱和流模型都具有相同的季节变化特征，在春季和冬季，降水量丰富，地下水补给和河流径流量大，而在夏季和秋季，降水量减少，相应的地下水补给和河流径流量减少。(2)水文响应时间RIBP和RIGR快于TLM,RI2和RI24，RIBP和RIGR模拟地下水位和流量数据与观测值的响应时间一致，RI2，RI24和TLM模拟的地下水位和流量数据与观测值比较有一定的滞后性。这是由于Skjern流域大部分是砂土，大孔隙较多，具有优先流存在，而RIBP能刻画这部分优先流，故其水文响应时间和观测值一致，而其他模型忽略这部分优先流存在，故其与观测值相比有一定的滞后效应。(3)TLM模拟的地下水补给量和径流量比其他模型大。对比模拟效果，选取Nash and Sutcliffe系数(R2)，均方差函数和变异系数为评价指标，5种模型中TLM的模拟结果和观测值最为接近，TLM较其它4种模型而言更简单，对模型作参数率定时所需运行时间更短，故TLM相比于RI更适用于Skjern流域。　　 (2)不同土地利用方式对流域水文响应的影响。　　 土地利用方式对流域尺度水文响应的影响是一个未解决的问题，并且受到大多数发展中国家的关注(Im et al.2005)。采用极端土地利用法在Skjern流域构建土地利用变化情景，运用考虑植被影响的MIKESHE模型研究土地利用变化情景下的水文响应。场景一：将流域内植被全部调整成森林，流域内林地面积增大996.75 km2，变化后森林面积占总面积的84％。对比变化前后结果差异发现，在1990年(丰水年)，径流最大峰值为28.67 m3/s，比变化之前减少了5.48m3/s，峰值出现时间推后1天；在1996年(干旱年)，径流最大峰值为13.63m3/s，比变化之前减少了5.44 m3/s，峰值出现时间推后2天，说明在其他条件(降雨、地形)一定的情况下，森林面积增加能够减少产流总量、径流深度、径流系数,削弱洪峰流量，增加地下水补给，提高地下水位，减少水土流失。　　 同理，根据极端土地利用方法，将Skjern流域植被类型100％调整为草地，欧石楠，谷和果树，对Skjern流域的蒸散发量，径流量，地下水补给量进行模拟研究。结果表明草地的蒸腾量在草地，欧石楠，谷和果树这4种植被中最大，约467mm/y，并引起洪峰流量增加、峰现时间提前。　　 (3)不同尺度(点和流域尺度)对水文响应的影响。　　 在Skjern流域选择5个不同土地利用方式(森林，草地，谷，欧石楠和果树)的典型区，用荷兰自由大学开发的集中参数模型(EARTH)建立5个土地利用方式不同的模型，并对这5个模型进行参数率定。运用点面结合的方法，对比EARTH模犁获得的点尺度上的模拟结果和MIKESHE流域尺度模拟结果。结果表明， EARTH模型对森林，草地，谷，欧石楠和果树这5种植被进行模拟，草地实际腾发量最高。通过对两个模型的地下水位模拟值和观测值对比，发现两者模拟效果都很好。说明简单的EARTH模犁和复杂的MIKESHE模型都适用于Skjern流域。但是，EARTH模型计算的补给量和地下水位偏高，主要是没有考虑地下水开采。　　 (4)不同的气候和土地利用方式对水文循环的影响。　　 选取两个典型区丹麦Skjern流域和华北平原，研究不同的气候和土地利用方式对水文循环的影响。运用一维非饱和流模型HYDRUS1D模拟华北平原5个典型区的水文响应。　　 运用一维非饱和流模型DAISY，考虑植被作物生长全过程(从作物播种到收割)模拟。在Skjern流域选择4种典型植被研究植被变化对水文响应的影响。　　 a.不同气候条件对水文响应的影响。丹麦属于温带海洋性气候，年降水700-800 mm，40％的降雨集中于9月到11月，4月到8月间降雨量偏少。华北平原属于季风气候影响下的半干旱半湿润气候，年降水在500-600mm，80％的降水集中在6月到9月。故两者的地下水补给季节性变化特征不同，丹麦补给集中在9-12月和1-3月，而华北平原地下水补给多集中在6-9月。　　 b.地下水埋深对地下水补给的影响。这两个研究区有着共性，对于浅层地下水，入渗补给很快到达地下水面，峰值的滞后时间不是很明显，大约都滞后1-2天；对于地下水位埋深在2-5m之间的，年地下水补给量峰值代表一系列降雨量产生的累积效应，滞后现象较为明显，峰值滞后4-5天。对于地下水位埋深大10m，峰值滞后时间很长。　　 c.不同的土地利用方式对水文响应的影响。丹麦Skjern流域农作物主要是夏玉米，冬小麦和果树，华北平原作物主要是夏玉米和冬小麦。本文用DAISY模型研究了作物生长全过程对水文响应的影响，包括从作物播种到收割的全过程，结果表明考虑作物生长全过程，这两个研究区具有相似性，夏玉米生长期地下水补给量大于冬小麦生长期。　　 d.不同的灌溉方式对水文响应的影响。由于丹麦雨量充沛,据统计数据表明全年灌溉量约60mm，灌溉方式对地下水补给量占降水和灌溉总百分比很小，而华北平原属于半干旱半湿润气候，全年的灌溉量是全年降水量的50％左右，华北平原灌溉对地下水产生的补给约占降水和灌溉总量的27-49％。