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黑河流域是西北内陆干旱区第二大内陆河流域，受全球气候变化、人类活动的影响，该流域面临着一系列与水相关的生态环境问题，这些问题成为制约流域经济社会可持续发展的瓶颈。本文在客观认识黑河流域水循环特性的基础上，基于团队自主知识产权的HIMS系统平台，构建适应黑河上游的HIMS模型，并基于此量化分析未来降水和气温变化对出山口径流的影响，为黑河流域综合管理提供参考。论文主要结论如下:
1.黑河流域水循环要素的特性:近50年来，黑河流域气温呈上升趋势，在1989年存在显著突变点，空间上上游增温最显著;降水呈波动性增加趋势，在1975年存在显著突变点，空间上上游降水增加最明显且水量最为稳定;受气候变化的影响，莺落峡站出山径流呈上升趋势;受中游水资源利用量迅速增加的影响，正义峡站径流呈减少趋势。
2.构建的黑河上游HIMS模型模拟效果好:基于HIMS系统，构建黑河上游分布式水文模型，取得了较高的模拟与验证精度，日过程模型率定期和验证期效率系数均达0.80，月过程模型率定期和验证期效率系数均高达0.97。马斯京根模型参数C1、C2敏感性大，对模拟结果影响较大。参数组合不确定性大，异参同效现象显著。HIMS模拟结果不确定性较小，模拟效果好。
3.不同水文单元划分方法下的HIMS模型各具特点:基于自然子流域的HIMS模型模拟精度较基于网格的要高，且对枯季径流模拟更准确;然而，基于网格的HIMS模型的率定参数稳定性好，更具有可靠性。
4.基于构建的黑河上游HIMS模型，分析了气候变化对研究区水循环的影响:(a)气温升高和降水量减少都会减少年径流量;(b)降水不变情景下，气温降低会加剧径流年内分配不均的程度;而在气温不变的情景下，月径流量均随降水增加而增加，但径流量年内分配格局未受到降水变化的显著影响;(c)对年径流量最不利的气候变化情景是气温升高2℃，降水减少20％;最有利的情景是气温降低1℃，降水增加20％;(d)径流量年际变化和年内分配的分析研究表明，最有利于中游水资源开发利用的气候变化情景是气温增加1℃，降水增加20％。