认识气候和流域下垫面等变化条件下的流域水文响应特征,有效预测和预报流域水资源和洪水的变化,是“维持健康长江、实现人水和谐”的科学基础。传统的基于经验和河道流量观测资料建立起来的水文模型,难以适应变化条件下的降雨径流模拟。本论文采用基于物理机制的分布式水文模型,在模拟流域水文循环全过程的基础上,探讨了分布式水文模型在水资源评价、干旱评估和洪水预报中的应用。论文首先分析了20世纪下半叶长江流域气温、降水和径流的变化趋势。结果发现:流域年均气温升高趋势显著且年际波动幅度增大;降水时空分布有改变的趋势,长江中下游夏季降水增加,而四川盆地秋季降水减少。在流域面积约为100万km2的长江上游,利用DEM及相关遥感和地理信息来表现流域下垫面的空间差异性,构建了基于流域地形地貌特征的大尺度分布式水文模型。模型采用次网格参数化方法来处理大尺度网格内下垫面的非均一性,采用具有物理意义的水流运动方程来描述产汇流过程。通过模拟1961~2000年的天然径流过程,论文从径流、蒸散发和土壤含水量等分析了长江上游水资源的演变趋势。根据模拟结果,论文还分析了长江上游干旱的发展趋势,并构建了GBHM-PDSI干旱评估指标。结果显示,该指标综合反映水分亏缺和持续时间对干旱程度的影响,能够表现旱情在流域空间上的分布和发展变化。在洪水预报应用方面,本论文着重探讨了提高三峡区间洪水预报能力的可能性。在三峡区间构建了尺度相对较小的分布式洪水预报模型,提出了利用自动遥测雨量站观测数据进行雷达测雨校正的方法。结果显示,分布式洪水预报模型与雷达测雨数据结合,可以减少洪水预报中的不确定性,提高预报精度。面对三峡水库建成后水资源管理和防洪实时调度的要求,以上述两种尺度的水文模型为基础,结合水动力学模型,在长江上游初步构建了空间嵌套式水文模型,实现了上游来水预报、区间洪水预报和三峡库区洪水演进的整合。以空间嵌套式流域水文模型为核心,提出了构建流域数字水文模拟系统的设想,以适应大型流域水资源管理和防洪决策的多任务、多目标和多尺度要求。