近10 年来海河流域地下水超采严重,急需加强流域地表水与地下水统一管理。地表水与地下水的耦合模拟研究是实现流域地表与地下水资源综合管理的重要支撑。本文探讨了当前3 种不同的地表水与地下水耦合方式,基于现有数据条件和应用管理的需求,提出了将成熟的流域地表水SWAT与地下水MODFLOW模型进行松散耦合的技术框架,并构建了海河流域地表水与地下水耦合模型。在流域地表空间上,根据流域特性和管理需求,划分了283 个子流域和2100 个水文响应单元(HRU);在平原区地下空间上,基于15 个大的岩性分区剖分出若干个4 km × 4 km网格。通过GIS平台,建立流域地表水与地下水计算单元的转换关系。并利用1995-2004 年水文气象数据进行验证分析,取得较好模拟精度。该耦合模型不仅能够支撑流域现状管理,而且可用于气候变化与南水北调工程对流域水资源影响评估分析。

以沂河流域为研究区,运用水文特征参数时间序列法,分析1951-2002 年流域降水、径流、洪峰流量等水文要素的演化趋势,通过临沂站50 年来天然径流过程的回归模拟及其与实测径流的比较,定量分析气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明：近50 年来沂河流域年径流量和各月径流量显著减少,并且对降水波动的响应迟缓,而单次暴雨径流对降水反应敏感;10 年尺度的降水波动中,径流随着降水的多少而发生相对一致的变化趋势,降水变化在一定程度上控制着径流的演化;但是20 世纪60 年代中期以来,临沂站实测径流的平均值减少了149mm,占天然径流量年平均值的51.6%,气候变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为39.3%和60.7%。水利工程建设、土地利用变化、水资源开发利用等人类活动对径流产生更为深刻的影响。流域可持续发展要求在遵循水循环自然规律的基础上合理约束人类活动。

变异点识别在区分气候变化和人类活动对水文过程的影响中具有十分重要的作用。近几十年来,国内水文序列变异点的研究逐渐发展,从最早的使用单一方法发展到由多种方法组成的水文序列变异点诊断系统和对部分方法的改进。同时,各种方法在中国各主要流域得到广泛应用,但是使用的方法不同,水文序列时间年限不同,得到的变异点的结果也不完全一致。本文将目前普遍采用的方法及在各流域的应用成果进行了系统总结,为今后水文序列变异点的方法改进及其在流域中的应用发展提供参考。

气候异常变化导致洪涝灾害、干旱等极端水文事件的发生及其增加的水灾害风险正成为人类生存所面临的重大挑战。近年来,开展气候变化背景下流域极端水文事件的变化趋势、发生机理及其对气候变化的响应与预测研究正逐渐受到国内外众多学者的关注。本文从极端水文事件的定义、研究方法、水文极值分布函数、观测事实及模拟研究等方面分析评述了极端水文事件问题的研究现状和研究成果。在此基础上,讨论了研究现状存在的问题并对该领域未来研究方向进行了展望。

利用地处北方农牧交错带的西辽河流域及其周边45个地面气象台站1974-2005年的月平均气象资料(温度、湿度、风速和太阳辐射等)，采用先计算后插值(CI)的方法，选用彭曼一蒙特斯(Penman-Monteith)(98)模型，对45个站点的多年平均潜在蒸敞量进行了计算，在Arc GIS 9.0软件平台的地统计模块下，运用普通克里格法，对西辽河流域的多年平均潜在蒸敞量逐月进行空间插值。在此基础上对全流域多年平均潜在蒸敞量进行了时空格局分析，结果表明:西辽河流域潜在蒸散量E_T0与气温、日照时数和风速显著正相关，与平均相对湿度为显著负相关;受各气象要素影响，E_T0的逐月变化曲线为一条单峰曲线，冬季E_T0普遍较低，春末、秋初及夏季E_T0则较高;西辽河流域潜在蒸敞量空间分布格局呈现以科尔沁沙地为中心区域向东北、西南两侧逐渐递减的总体趋势。

以2005年为现状年，用定额法、潜水蒸发法和地下水储量变化法估算出塔里木河十流的生态需水量，其结果分别为33.89×10⁸ m³,23.97×10⁸ m³和33.07×10⁸ m³，通过分析得到现状年合理的生态需水量为30.31×10⁸ m³。并根据阿克苏、沙雅、库车、轮台、库尔勒、尉犁和铁十里克7个气象站1995-2004年的月平均蒸发量，采用阿维里扬诺夫公式和群克水均衡场公式对塔里木河十流天然植被的月潜水蒸发量进行计算，在此基础上计算月生态需水量。通过分析发现，植被生长期(4-10月)的生态需水量占全年生态需水量的86%，尤其是植被生长旺盛时期的5-8月的生态需水量占全年的59%根据制定的生态恢复方案，用定额法和潜水蒸发法预测3个口标年的生态需水量，将两者计算结果加以算术平均，得到2010,2015及2020年合理的生态需水量分别为31.88×10⁸ m³,34.08×10⁸ m³及36.84×10⁸ m³，为塔里木河流域的水资源优化配置提供科学依据。

为了研究玛纳斯河流域水系结构演变状况，利用其1958,1976,1987,2006年4期遥感影像图，在ArcInIo支持下进行口视解译，根据解译结果，定量分析了水系长度、密度、分枝比、长度比和分维等参数的变化特征，并探讨其主要驱动因素。研究表明:1958-2006年玛纳斯河流域水系变化满足Hotton定律，水网数口及河道平均长度随水网级别呈几何级数变化，并且水网密度、水系长度比、分枝比等参数持续增大;流域内绿洲地区水网密度高于南部源流山区与北部荒漠区，这种区域差异是由不同生态经济单元的自然生态环境类型、社会经济发展状况，综合发展需求及生态修复重建等方面共同决定的;玛纳斯河流域水资源量近50年来不断增加，人口数量持续攀升，耕地与绿洲面积不断扩大等因素是玛纳斯河流域水网结构演变的主要驱动力。然而耕地不能无限扩大，绿洲也不能过度扩张，要以水资源的承载能力为限，因此确定合理的绿洲面积，优化水系结构，提高水资源利用效率将成为今后研究的重点。

地表水汽压是大气科学、水文学等多项研究中的一个重要输入参数。鉴于常规观测方法对于地面气象站点依赖性强且空间不连续的缺点，采用MODIS遥感数据对海河流域的日平均地表水汽压进行估算。通过相关分析得出日平均地表水汽压与MOD07低空可降雨量数据具有很强的相关性，并通过对比采用二次曲线进行建模。选取2009年1-4月数据对二次曲线模型的验证结果表明，估算结果与实测日平均地表水汽压1:1曲线的相关系数 R²为0.83。本文的研究结果提供了一种实用的基于遥感数据估算日平均地表水汽压的方法。

不透水表面是城市中一种人工地表特征，隔离地表水下渗到上壤，割断了城市地表与地下水文联系，主要由城市中的道路、停车场、广场及屋顶等建筑物组成。不透水表面影响城市的地表径流、水文循环、水体质量、局部气候、生物多样性等生态环境要素，是监测城市生态系统及环境变化的重要指标，也是许多生态环境模型的主要输入参数。本文归纳了不透水表面提取技术及其对城市自然生态环境影响的研究进展。从遥感提取技术方面看，亚像元分解等新的运算方法提取中尺度分辨率遥感影像的不透水表面，将是未来遥感技术应用到城市自然资源环境研究的趋势。在数据源方面，中分辨率(10～100m)与高分辨率(0.3～5m)遥感数据为不透水表面指数在大范围、多时段的获取提供了可靠基础。在不透水表面指数应用方面，城市地表覆被监测与模拟可以为城市未来发展及规划管理提供基础。鉴于不透水表面决定了城市地区的地表水文循环、非点源污染、能量分布、植被变化及生物多样性等生态环境要素，因此搭起深入理解城市景观格局与生态过程相互关系的桥梁，是研究城市化的生态环境效应的最佳切入点。