清江上游流域出露地层主要是三叠系大冶-嘉陵江组(T1j～T1d)、二叠系长兴组(P2c)、二叠系栖霞-茅口组(P1q-P1m)以及寒武-奥陶系((?)～O)。岩性以碳酸岩为主,地表岩溶洼地、漏斗、坡立谷、槽谷广布,地下落水洞、溶洞、暗河极为发育。此外,本区降水充沛,且多暴雨,每年4-10月常有暴雨出现,河水因而暴涨暴落,山溪性河流的特征非常明显。因此对这样一个典型的岩溶流域的水文过程特征、机理和影响因素进行深入研究有着重要的科学意义。恩施市地处恩施盆地腹地,清江蜿蜒迂回穿城而过。然城区段河道平缓,防护设施薄弱,加之恩施上游无控制性蓄水工程,使得恩施城区防洪形势严峻,防洪体系建设亟待提高。本次研究能够为流域水资源合理开发利用和城市防洪体系规划和设计提供科学依据。本文以恩施断面控制的清江流域为研究对象,深入研究了清江恩施断面以上岩溶流域径流特征、变化规律及其影响因素,在此基础上选择合理的水文模型和预测方法进行流域水文过程的科学预报。流域边界是径流特征分析和预测的基础,目前对岩溶流域边界条件的研究较薄弱。岩溶流域一般地表岩溶洼地、漏斗、落水洞极为发育,岩溶流域边界位置的确定往往比较困难,本文采用了地下水示踪试验的方法对清江流域边界进行了深入研究,分别在流域西部、南部和北部开展了四次地下水示踪试验,得到确定了清江流域西部边界是以德胜场岩溶槽谷东侧齐岳山背斜核部为界；南部边界是在花坪以南的地形分水岭处；北部边界是在蛤蟆口伏流以北的地形分水岭处；东部白果坝岩溶地下暗河系统没有受白果坝背斜控制沿构造线向北东方向运动排泄于清江上游大龙潭水库库区,而是受恩施城南龙鳞宫地下暗河系统的袭夺汇入清江恩施断面下游,不属于清江恩施断面的控制流域范围。由此确定的恩施断面以上的流域面积为2928km2。本次研究根据清江上游的恩施水站1960-2012年及利川水文站1978-2012年的水文资料逐日的水文资料,采用趋势分析等水文统计分析法,分析研究清江上游的径流变化特征及规律。得到如下结论：(1)近50年来,清江上游的年平均流量总体上呈下降趋势,在0.05的显著性水平上下降趋势显著。但在不同的时期,变化趋势并不完全相同,具有阶段性变化的特点。1960-1984年清江上游流域的年平均流量变化比较平稳,在88.2m3/s上下波动。1985-2012年恩施断面的年平均流量呈下降趋势,平均流量从1985年的83.7 m3/s下降到了2012年的65.2 m3/s。(2)近50年来,清江上游枯水期的平均流量呈上升趋势,主要是12月、1月、2月径流增加所致。平水期的平均流量总体上有下降趋势,主要是3月、9月、10月的平均流量减少所致。丰水期的平均流径流总体上有下降趋势,主要是5月、6月、7月平均流量减小所致。(3)近50年来,清江上游流域的径流系数、径流模数及洪峰流量在0.05的显著水平上显著下降。径流系数从1960年0.64减少到2012年0.55；年径流模数从1960年0.0288m3/(km2·s)减少到2012年的0.0223 m3/(km2·s)；洪峰流量从1960年的2030m3/s减少到2012年的861m3/s。(4)近50年来,清江上游岩溶流域的基流变化大致可以分为三个阶段。1960-1976年清江上游的基流呈下降趋势,从1960年的31.9 m3/s增加到1976年的23.6m3/s；1977-2000年基流呈增加趋势,基流流量从1976年的23.6m3/s增加2000年的35.7m3/s：2001-2012年基流的年平均流量呈下降趋势。(5)近50年来,清江上游岩溶流域的基流指数变化大致可分为两个阶段。1960-1976年,基流指数呈下降趋势,基流指数从1960年0.38降低到1976年的0.33,平均值为0.32；1977-2012年基流指数呈上升趋势,基流指数从1976年的0.33增加到2012年的0.44。本次研究根据清江上游11个雨量站1960-2012年的逐日雨量资料及部分时段雨量资料,分析了不同时间尺度下的降水对径流的影响。分析水利水电工程建设前后恩施断面的水文过程,揭示水利水电工程对径流的影响。采用遥感方法对清江上游土地利用,特别是对植被的变化进行了分析研究,揭示了森林覆盖率对径流的影响。(1)降雨是清江上游径流变化的主要因素,年降雨量的大小决定了径流量的多少。恩施断面丰水期、平水期、枯水期降雨与径流的相关系数分别为0.8414、0.7034、0.5422,表明枯平丰期降雨对径流的影响程度为：丰水期>平水期>枯水期。主要原因是丰水期和平水期的降雨量相对较多,形成的径流量大。相比之下,水利水电工程及其他人类活动对径流的影响程度要弱得多。而在枯水期,特别是12月和1月份降雨量极少,径流主要依靠地下水来补给。此外,枯期大量径流储蓄上游水库,此时监测面的流量大小主要取决于上游水库的排水量。(2)对50mm/d、100mm/d、160mm/d的暴雨的流量研究发现,各类型降雨下的流量过程线形状类似,都呈现陡增缓降的形态。但随着降雨量不同,流量过程线有着明显的差异。160mm/d的降雨的流量过程线,增加快,下降也快,呈尖瘦形；50mm/d及lOOmm/d降雨的流量过程线增加和下降的速度明显低于160mm/d降雨的流量过程线,属于矮胖形。(3)160mm/d降雨的流量过程线从起涨点到最大洪峰量经历了约7h；50mm/d与100mm/d降雨的流量过程线起涨点到最大洪峰量为11-12h。同时流量过程线的起-涨-落的过程中大约都是80h。流量过程线这两个特征时间,共同决定了流量过程线的总体形态。(4)对车坝河水库建成前后的降雨与径流进行相关分析,发现水库修建后年平均流量减少了13m3/s。说明水利水电工程的建设会减少流域内的径流量,主要是由水库的修建引起的蒸发量增加以及水库径流调节所致。(5)对车坝河水库与大龙潭水库建成前后,分别选取了降雨量在80mm/d两次类似的降雨的流量过程线进行研究,结果发现相同的降雨情况下,在水库修建后洪峰的滞后时间明显增加,同时洪峰流量也有所降低。通过对四次降雨的流量过程线进行计算,分别得到四次降雨产生的径流的总量分别为1.54×1O8m3(车坝河水库建成前)、1.24×108m3(车坝河水库建成后)、1.12×108m3(大龙潭水库建成前)、1.00×108m3(大龙潭水库建成后)。表明在相同的降雨条件下,径流总量反而减少,主要原因是洪峰过程中部分径流被水库截留。(6)研究表明清江上游流域的森林覆盖率是影响基流变化的重要原因,森林覆盖率与基流及基流指数呈明显的正向相关。因为在植被及地面上枯枝落叶具有滞水作用,增加了降雨入渗,导致基流的增大。在对清江上游岩溶流域径流特征及影响因素分析的基础上,采用流域水文模型的方法,构建清江上游流域的半分布式水文预报模型(TOPMODEL)。根据水文地质调查及降雨径流过程的分析中获得的水文特性参数,采用短序列高分辨率的典型降雨-水文过程进行模型识别,以及长序列年降雨-水文过程进行了模型校核,在此基础上预测了二百年一遇暴雨下的恩施断面的洪峰过程。得到以下几点结论：(1)本次研究采用了50mm/d,80mm/d,100mm/d,160mm/d四次典型降雨-水文过程监测资料对所构建的TOPMODEL模型进行了识别,模拟的洪峰出现的时间及峰值与实测值基本吻合。(2)论文采用2002年的全年降雨-流量过程线对模型进行了校核,结果表明模拟值与实测值基本一致,年平均流量模拟值为70m3/s、实测值为83.5m3/s,误差为16%,可以用于流域水文预报。(3)对0.5%频率暴雨暴雨径流过程预报表明,两百年一遇暴雨下恩施断面的最大洪峰流量为7300m3/s,洪峰滞后时间为16h。特色与创新点：本文通过采用地下水示踪技术、水文滤波等新理论和新方法对清江恩施断面控制流域的边界条件、河川径流特征进行了较全面的分析和研究,揭示了自1960年以来流域径流的变化规律及影响因素,并在此基础上首次构建了清江上游岩溶流域半分布式流域水文模型(TOPMODEL),运用长序列径流实测资料和短序列典型降雨～水文过程资料对模型进行了识别和检验,并预测得到了极端降雨条件下恩施断面的洪峰过程,为当地城市防洪体系建设提供了科学依据。