影响水文模拟建模的不确定性因素繁多,本研究以VIC模型为工具,选取中纬度地区典型流域-渭河流域作为研究对象,对流域在各类不确定因素下的响应展开讨论。文章以数学作为支撑点,结合水文学、计算机科学、数论、统计学、气象学、植物学、岩土工程等学科,采用理论分析与模型模拟相结合的方法,详尽的从流域径流规律分析、模型参数最优解的不确定性、模型参数最优区间的不确定性、模型上边界条件即气候要素的不确定性、模型下边界条件即植被变化的不确定性等五个方面阐述了不确定性因素的成因以及判别计算方法。本文的主要研究成果归结如下:(1)确定性研究是不确定性研究的基础,本文采用统计手段、相关性分析、小波变换、马尔科夫技术、Kendall秩次检验、Mann-Kendall法、R/S分析方法等水文学传统的几种计算方法,对流域的径流规律进行分析;本文认为,任何不确定性的研究皆应从确定性的因素出发,从已知到未知是进行水文学不确定性研究的一般步骤。(2)参数估计是流域水文模拟建模的重要环节,论文将水文模型参数最优解的问题归纳为第一类参不确定性问题,其实质为求非线性模型在目标函数为非凸时的最优解,研究给出了判别模型线性/非线性的通用方法,并基于响应曲面给出了判定目标函数凸/非凸性的原理和方法,基于这一结论,本文将一种数论的方法-均匀设计法引入水文模型参数估计,该方法有效减少了计算的时空复杂性,对以手动、半自动参数估计为主的开源水文模型极为适用。(3)第二类参数不确定是以Bayes统计学为基础,其实质是求解各参数的最优分布区间,本文引入了一种基于小样本的信息扩散分布理论对水文模型参数区间进行估计,这一方法可以有效解决传统蒙特卡洛采样数据量大、运算时间长这一瓶颈,对于本文所应用的VIC模型和建模流域,仅采样27次就刻画了各个参数的最优分布区间,并与水文物理现象相符,该方法从理论上适应于各类水文模型参数区间估计。(4)文章采用水文模型和气候模式相结合的方法对模型上边界条件的不确定性进行讨论,论文从流域CO2排放量的实测资料,以及多年城市化率、工业化率统计的数据出发,分析了流域上边界条件即降水、气温在未来将发生何种变化。基于此选择CanESM2、BCC、MIROC-ESM三种气候模式下RPC4.5、RCP8.5两种情景作为计算基础。在数据处理上采用统计降尺度方法、Delta方法、Delta-DCSI方法重构未来气象数据,分析结果表明,基于本文改进的Delta-DCSI方法能够体现气象要素在次网格内的变化性,比传统的Delta方法更接与实际情况。计算结果表明,在RCP4.5情景中,统计降尺度方法和Delta-DCSI方法在三种模式下生成的未来径流在整体上呈现先减少后增加的趋势;在RCP8.5情景中,两种方法在三种模式下生成的未来径流整体上呈现减少趋势。(5)由于植被覆盖的变化和上边界条件相互关联,因此对于流域下边界条件的不确定性,本研究根据CanESM2、BCC、MIROC-ESM三种气候模式下RPC4.5、RCP8.5两种情景应用统计降尺度和Delta-DCSI方法分别生成气候要素,结合Holdridge生命地带分类方法对流域未来植被变化进行预测,并用各预测结果驱动VIC模型,计算结果表明:各情景下流域未来植被均有退化的趋势;仅有上边界条件作用时,温室气体排放量增加导致径流增加;上下边界条件耦合时,植被的退化导致径流量的增加;在对径流量变化的影响中,植被变化作用大于温室气体排放作用。