高原寒区内冰川、积雪、永久性和季节性冻土广泛分布,水循环要素复杂,要素间相互作用共同影响流域内能量及水循环过程。加之高原寒区气候条件特殊,空气稀薄,太阳辐射强烈,且气温降水等气象要素受高程影响大。下垫面环境也不同其他地区,不仅冰川广布,而且在板块运动过程中形成了独特的下垫面结构,这些都使得高原寒区的水文循环及能量过程有异于其它地区。在气候变暖的背景下,高原寒区冻土退化、冰川积雪消融加速,区域内的水循环过程及能量过程均发生不同程度改变。但迄今为止,高原寒区特殊环境下的水循环过程研究程度还远落后于其他区域。因此开展高原寒区特殊环境下的水文模型研究,并探讨其在气候变化下的流域水循环演变规律,对全面了解该区域的水循环过程具有一定科学与应用价值,同时也是保障我国水资源和水电能源合理开发利用的现实需求。基于此本文针对高原寒区的下垫面特征、气候特征以及地貌特征,借助相应的现场实验,构建了适用于高原寒区特殊环境下的、具有完备物理机制的分布式水文模型,并以此为基础对流域内径流演变过程进行了分析。以支撑该区域内的水文循环研究及水资源高效利用。本文主要研究内容和成果如下:1、针对高原寒区特殊下垫面条件下的水循环过程,开展了系统的现场实验,明晰了典型下垫面条件下的水热迁移过程及水文响应过程。测定了典型下垫面的基础物理参数及水热动力学参数,并围绕下垫面剖面的水热迁移过程以及水体相态转化过程动态监测了土壤的水、热、势能变化及流域气象及径流过程。通过对水热通量进行均衡分析,明晰了高原寒区典型下垫面条件下冻融过程中的水热迁移规律以及水文响应关系,并为揭示冻融过程中能量和水分耦合作用机理及高原寒区分布式水文模型的构建、验证提供了数据基础。2、基于青藏高原土壤层较薄,且层下分布较厚砂砾石层的下垫面特点,建立了适用于高原寒区的“积雪-土壤-砂砾石”多层水热耦合模拟方法及“土壤-砂砾石”二元结构暴雨入渗模型。新模型将单一的土壤结构划分为土壤层和砂砾石层两类,并于土壤层上增加积雪层。在冻融期考虑,考虑积雪对热量传输的阻隔作用,基于土壤-砾石结构特性,分活动性、非活动性区域对水热运移过程进行模拟。在非冻融期,考虑上层土壤的减渗及下层砂砾石中大孔隙快速通道影响,基于多层Green-Ampt模型,建立了“土壤-砂砾石”二元结构暴雨入渗模型。模拟结构的改进纠正了原始模型对表土以下土层含水量的高估,降低了表层土壤模拟的温度波动与土壤冻融速度,整体提升了模型对该地区土壤冻融过程的刻画精度（含水率RE由33.74%降至-12.11%,温度RE由-3.60%降至0.08%）。3、针对高原寒区特殊辐射能量特征,从大气模型出发,改进了高原寒区辐射能量计算方法,探讨了高原寒区辐射能量特征及其对水文过程的影响机制。基于大气模型随海拔的非线性变化,通过高程量化高原地势及气候条件对辐射能量的影响,改进了该地区的能量计算方法。经由大气模型修正的总辐射及净辐射计算方法分别修正了FAO模型中对两辐射通量的过低及过高估计,模拟各辐射通量RE皆＜10%。在此基础上所提出的适用于高原寒区气候特征的蒸散发模拟方法,及“积雪-冰川”耦合模拟方法模拟RE皆＜5%。从能量及水文过程上完善了高原寒区的水循环模拟过程。4、以WEP-COR模型为基础,耦合“积雪-土壤-砂砾石”模块与能量水文响应机制,构建了适用于高原寒区的流域分布式水文模型,形成了反映该区域特点的WEP-QTP模型。尼洋河流域的模拟结果表明。新构建的模型通过在冻融期与非冻融期改进流域内的水热传导过程,延长了河流地下水补给时间,提升了地下水对流域径流的调节作用。所模拟的日流量过程与实际流量过程基本一致（Nash＞0.75,|RE|＜10%）。5、基于所构建的WEP-QTP模型,对尼洋河流域气象及流域径流演变规律进行分析,并采用基于模型的多因素归因分析法揭示了气候变化对径流演变的驱动机制。1961年-2018年尼洋河流域气温、降水、径流量均呈显著增加,三者变化周期为27年左右。年均流量于1986年发生突变,突变后年均流量增加26.78%。降水增加是尼洋河流域径流量增大的最主要原因,降水增加同时增大了产流占比较大的降雨直接产流与融雪产流,两者共同作用,使得径流量增大。