张家口地区位于永定河上游,为北京的上风上水方向,与首都有着“山同脉、水同源、气相通”的天然生态格局,具有特殊的生态地位。《京津冀协同发展规划纲要》将张家口地区列为西北部生态涵养区,要求逐步提高张家口地区出境水量,而该区域作为典型的大陆性干旱半干旱地区,水资源长期不合理的开发与利用已导致区域内部大量河道、湖淖干涸。如何合理调配与利用区域水资源,既满足协同发展规划要求又满足本区域发展需要是当前永定河上游地区(含张家口地区)亟待解决的问题。为此,本研究尝试利用水文模型刻画永定河上游流域河川径流过程,研究区域地表水资源分布状况。首先基于1951-2016年期间永定河上游流域不同时段的水文数据和基础资料,利用基流分割、M-K趋势检验、降水-径流双累积曲线、Penman-Monteith公式分析区域水文气象要素长期变化趋势,在此基础上利用Budyko水热平衡理论定量计算气候变化和人类活动对河川径流减少的贡献,并进一步探讨影响区域河川径流的具体人类活动形式。然后通过构建区域土壤、土地利用、气象等数据库,利用SWAT模型对区域河川径流过程进行模拟,在进行分布式参数率定与验证的基础上,以张家口地区为例揭示永定河上游地区地表水资源量的时空分布特征,并对全球变化背景下张家口地区未来地表水资源分布情况进行预测,为区域合理利用水资源提供科学依据。主要结果和结论如下:(1)20世纪50年代以来永定河上游流域(包括洋河与桑干河两大支流)基流量呈显著下降趋势,大部分子流域基流指数有所上升,地下水对河川径流的贡献不断加大。洋河与桑干河上游的基流指数基本都小于下游,上游的河川径流更多来源于降水的补给。永定河上游流域及其子流域河川径流量显著减小,降水、潜在蒸散基本都呈现出非显著性减小趋势,干旱系数从50年代的2.15上升到现今的2.41,整个流域表现出一定的干旱化趋势。永定河上游流域及其子流域河川径流对降水的弹性系数最大,下垫面参数次之,但河川径流变化的主要原因是人类活动导致的下垫面变化。人类活动对洋河下游河川径流减小的影响大于洋河上游,对桑干河上游河川径流减小的影响大于桑干河下游。21世纪以来,人类活动对区域河川径流减少的贡献明显增大,人类活动主要通过大规模植树造林、大规模取水、水库拦蓄影响区域河川径流。(2)以2007-2008年为预热期,2009-2012年为率定期,2013-2015年为验证期,采用SWAT模型模拟永定河上游流域内六个水文站的河川径流过程(石匣里、响水堡、天镇、柴沟堡南、柴沟堡东、张家口站)。结果显示,石匣里站(率定期R~2=0.77,ENS=0.57,验证期R~2=0.79,ENS=0.66)和柴沟堡东站(率定期R~2=0.79,ENS=0.61,验证期R~2=0.86,ENS=0.79)模拟效果比较好,天镇站(率定期R~2=0.45,ENS=0.44,验证期R~2=0.72,ENS=0.72)、柴沟堡南站(率定期R~2=0.41,ENS=0.29,验证期R~2=0.63,ENS=0.47)模拟效果一般,响水堡站(率定期R~2=0.12,ENS=-0.07,验证期R~2=0.22,ENS=-0.16)、张家口站(率定期R~2=0.33,ENS=0.29,验证期R~2=0.48,ENS=0.42)模拟效果较差。总体来说,汛期模拟效果优于枯水期模拟效果,洋河上游模拟效果优于下游模拟效果,桑干河流域月尺度模拟效果优于洋河流域,年尺度模拟效果劣于洋河流域。部分站点与时期模拟效果不佳的主要原因包括模型对自然-社会二元水循环过程考虑不足、模型不能刻画春季河流解冻过程、模型对土壤水与地下水刻画能力较差。(3)与历史时期(1956-2003)相比,张家口地区现状地表水资源空间分布(2009-2015)的基本态势没有改变,内陆河流域和滦河流域地表水资源量较少,永定河流域、潮白河流域、大清河流域地表水资源量相对丰富,但地表水资源总量已大大减少。其中,张家口市城区、蔚县-阳原盆地,涿鹿-怀来盆地作为张家口地区人口聚居程度较高和工业比较发达的地区,水资源减少最为明显。在RCP4.5情景和RCP8.5情景下,伴随着未来降水量增多和极端水文事件频发,永定河上游流域汛期河川径流将明显增大。与2009-2015年的地表水资源情况相比,除RCP4.5情景下的远期年(2076-2100年)外,其余各阶段张家口地区地表水资源情况将明显改善,部分时段的地表水资源量将接近1956-2003年的平均水平。