基于REW的流域热力学系统水文模型(THModel)直接在宏观尺度描述流域水文过程,克服了传统物理性水文模型固有的方程适用尺度和模型应用尺度不匹配的问题,为水文模拟提供了新思路。THModel对REW的重新定义,为描述不同下垫面的水文过程,探究水文过程与其他过程之间的耦合规律奠定了基础,尤其为冰川积雪区水文过程的的模拟提供了灵活的模型框架。流域是个以水分运动为主导、多过程耦合的、具有一定自组织性的复杂系统,其中水分运动与能量交换过程的耦合是寒区水文模拟的关键。论文在THModel的模型框架下,采用能量平衡、度日因子和最大未冻水含量模型等方法闭合了冰川子区、积雪子区以及考虑土壤冻融的非饱和子区的质量、能量守恒方程,建立了冰川积雪区流域热力学水文模型,以土壤水分特征曲线为例,探讨了在气象条件、土壤类型、地下水埋深不同组合的虚拟情景下宏观尺度土壤水分特征曲线的特性。模型分别应用于不同气候特点的我国乌鲁木齐河源区和美国Reynolds Creek实验流域。在乌鲁木齐河源区,对8年的夏季径流模拟取得了较好的效果,并发现能量输入的季节变化对径流形成有很大影响;在美国Reynolds Creek实验流域,各年径流过程的模拟效果不同,其中对年均流量小于0.2m3/s的年份模拟效果较差,这与研究区域流量较小,模型采用一套率定参数不能反映流域的空间变异性等因素有关,但模型对积雪面积、雪盖温度、雪盖密度变化的模拟基本反映了积雪消融过程的物理规律。结合实例应用对模型参数开展了不确定性分析。在乌鲁木齐河源区,分别采用扰动分析法和极大似然不确定性估计方法(GLUE)对模型的主要参数进行了敏感性分析,结果表明冰川辐射系数最为敏感,而增加模型输入数据在一定程度上将降低模型的不确定性;在美国Reynolds Creek实验流域应用时,针对积雪消融的空间变异性,分析了不同积雪消融曲线形式对径流过程的影响。