准确辨识和预测山区小流域洪水行为变化特性对山洪灾害风险管理具有重要意义。论文以7个洪水行为特征指标刻画山洪事件的量级、时间、形态和变率特性，利用主成分分析、围绕中心点分区(partitioning around medoids，PAM)聚类算法、随机森林和五折交叉验证法相结合，辨识了典型山洪类型及其行为特性变化的驱动因素，评估了不同山洪类型行为特征指标的预测性能，并以不同水文气象和下垫面特征的6个山区小流域94场次山洪事件开展应用研究。结果表明：① 所有山洪事件可划分为3种典型山洪类型，即洪峰强度低、峰现早、峰腰宽、涨落洪快的类型(类型1，占50.0%)，峰现晚、过程不集中且变化平缓的类型(类型2，占31.9%)，洪峰强度高、峰腰窄、过程集中且变化剧烈类、涨落洪慢的类型(类型3，占18.1%)；② 类型1和类型3的洪水行为特征变化受降雨和流域特征的综合影响，主导因素分别为降雨变差系数和森林覆盖率，类型2中57.1%的洪水行为特征变化主要受降雨集中度等降雨变化影响；③ 类型3洪水行为特征指标的总体预测性能精度最高，类型1和类型2次之，三种山洪类型的量级、时间和形态指标的预测精度均优于变率指标。研究可为山洪灾害差异化防治和风险管理提供技术支撑和参考。

洪涝灾害是海河流域最严重的自然灾害之一，对基础设施、交通运输、人身安全和财产安全造成巨大的威胁，科学识别海河流域洪水热点区域、开展关键要素敏感性分析对区域防灾减灾具有重要意义。论文基于全球地表水数据提取洪水发生频率，综合选取高程、坡度、坡向、水流强度指数、地形湿度指数、地表粗糙度、坡度变率、土壤容重、黏土含量、砂土含量、有机质含量和归一化植被指数等12个孕灾环境因子，利用空间自相关和空间聚类方法提取洪水高频聚集性区域作为热点地区，采用随机森林模型和参数最优地理探测器等多种方法，对海河流域洪水发生频率进行孕灾环境因子的定量评估与敏感性分析，最后对海河流域的洪水易发性进行了评价。结果表明：① 海河流域内主要有4个洪水热点地区，包括北京城区、渤海沿岸、山区谷地以及G4高速沿线区域；② 随机森林模型和参数最优地理探测模型一致表明，在所选的孕灾环境因子中，NDVI和高程是影响海河流域洪水发生频率的两个重要的孕灾环境因子，其解释力显著高于其他孕灾环境因子；③ 4个洪水热点区域的孕灾环境敏感性存在差异，从单因子分析来看，NDVI的敏感性较高，从双因子分析来看，土壤属性因子与植被覆盖因子两两交互后对洪水发生频率的解释力增强。研究结果可为海河流域精准防洪提供科学参考。

山区小流域洪水具有突发性强和响应非线性的特点，导致单一模型存在过程捕捉不足、系统偏差累积和预测不确定性大等挑战。为提高山区小流域洪水事件模拟精度，论文应用耦合蓄满和超渗混合产流模型(mixed runoff generation hydrological model，MIX_HM)、时变增益非线性水文模型(distributed time-variant gain model，DTVGM)和长短期记忆神经网络模型(long short-term memory network，LSTM)，通过分位数映射和LSTM残差修正的二次校正策略，构建了“多模型建模—二次校正—集合模拟”框架。该框架在滹沱河源头阳武河小流域开展应用验证，对2006—2021年38场洪水事件进行集合模拟与评估。结果表明：① 在率定期LSTM模拟的纳什效率系数为0.73，验证期为0.63，显著优于 MIX_HM(率定期 0.56、验证期 0.41)和 DTVGM(率定期 0.51、验证期 0.37)，三种模型模拟中LSTM展现出最优的性能，但仍存在峰值低估的问题。② 残差联合校正方法有效减少模型系统偏差和提高模拟准确性，尤其是机理模型的改进最显著，MIX_HM、DTVGM和LSTM验证期纳什效率系数分别提升了93.3%、103.5%和21.2%。③ 集合模拟在率定期和验证期的纳什效率系数分别达到0.80和0.79，较校正后单一最优模型(LSTM)模拟精度分别提升了2%和3%，且90%置信区间覆盖率较高。

随着气候变暖，内陆河流域山区洪水频次与强度呈增加趋势，对下游地区构成严重威胁。传统SWAT (soil and water assessment tool)模型虽具备小时尺度径流预报功能，但对冰雪消融过程模拟薄弱，在高寒流域洪水模拟的应用存在局限。论文针对冰雪消融型洪水形成机理及过程特征，改进传统SWAT模型的融雪算法与冰川消融模块，构建SWAT-HGL小时尺度洪水预报模型，并以2017、2019与2024年叶尔羌河源区典型洪水过程为例，验证模型在高寒山区洪水模拟中的适用性。结果表明：SWAT-HGL模型的模拟精度显著优于传统SWAT模型，1 h径流模拟KGE (Kling-Gupta efficiency)高于0.7，百分比偏差与峰值流量偏差分别为3.29%和-6.43%；改进后模型能够准确再现洪水过程线的起涨时间，峰现时间误差小于6 h。同时，SWAT-HGL对不同气象驱动方案均表现出良好的鲁棒性；5~7 h模拟步长是SWAT-HGL保证洪水过程精细化与计算效率之间的最佳模拟步长。研究成果可为流域防洪减灾、水电能源系统安全运行及水资源高效利用提供重要支撑。

卫星降水产品因其覆盖范围广、时空连续性强，已广泛用于弥补地面站点覆盖率不足的问题，但在下垫面变化明显的区域仍存在系统性误差。现有降水校正方法未充分考虑土地利用等地表特征的影响，忽略了相邻站点间的空间自相关性，难以准确刻画区域地形和气候的空间异质性。论文通过融合土地利用类型、邻近站降水信息，以及传统气象因子(相对湿度、气温和风速)和地形因子(高程、经纬度)，构建了空间增强型XGBoost降水校正模型，并以海河流域为例进行应用研究。结果表明：XGBoost模型明显提升了IMERG卫星降水产品在海河流域山区和平原区的精度，校正降水的空间分布和日降水过程与气象站吻合较好，捕捉了局地强降水事件变化过程，降低了IMERG产品存在的系统性高估现象；土地利用对降水校正精度提升起主导作用(57.8%~66.7%)，邻近区域的土地利用、降水和气象因子等特征因子的贡献率高于单站局地信息，尤其是土地利用贡献率偏高9.7%~14.5%。研究可为区域降水校正模型改进和多源降水信息融合应用提供技术和信息支持。

在信息时代背景下，人类社会已演进为一个由物理空间、社会空间和信息空间共同构成的三元空间。三元空间视角为城市洪涝建模研究提供了新思路，有助于揭示城市洪涝系统的综合性和复杂性。论文围绕“如何从三元空间视角认知城市洪涝系统”和“如何构建三元空间协同的城市洪涝地理综合建模范式”两个关键科学问题，首先全面综述了城市洪涝建模的研究现状，进一步辨析了城市洪涝三元空间的概念与内涵，系统梳理了城市洪涝三元空间地理综合建模中的“知识—数据—模型”要素。在此基础上，提出了城市洪涝地理综合建模的研究框架，阐述了以“数据融合—模型构建—地理计算”为核心的研究主线，并探讨了解析三元空间交互机理、重构洪涝模型计算范式和构建不确定性评估体系等未来研究方向。研究探索城市洪涝地理综合建模范式，可以丰富地理学在城市洪涝建模领域的理论和方法体系。