流域水文模型是应用物理、数学和水文学等相关领域知识，在流域尺度范围内对降雨径流的产、汇流过程进行模拟，最终得到流域出口断面的径流过程。自流域水文模型提出以来，在洪水预报、水资源管理及风险分析等方面得到了广泛应用。流域水循环过程是一个非常复杂的水文过程，并且在这个过程中伴随着许多未知和不确定因素，因此水文模型描述的水文过程不得不建立在物理简化的基础上；此外，模型的输入误差和模型参数“异参同效”现象的存在，都导致水文模型在模拟或预报时存在较大的不确定性。我国的水文预报多为确定性的，模型不确定性的研究处于起步阶段，因此，本文开展的水文模型的不确定性研究，有助于完善预报理论、为防洪调度决策提供依据，具有一定的理论价值和现实意义。　　目前，国内外流域水文模型的研究中，对半干旱半湿润地区研究的较少。本文选取在山西省应用较广，适用于半干旱半湿润地区的双超模型进行研究，指出模型中存在的问题，重点改进了双超模型的结构，并在双超模型基础上构建了新的模型──改进双超模型。在模型参数优选时，本文提出了新的参数优选方法──参数自适应DE混合算法，并用于改进双超模型的参数优选。此外，还研究了模型参数不确定性分析、模型综合不确定性分析及概率预报等问题，这些研究为半干旱半湿润地区水文模型的积极开展具有一定理论意义和重要实用价值。　　本文的主要内容及研究成果如下：　　（1）对在山西省应用较广的双超模型深入地分析，指出模型中存在的问题，在双超模型的基础上改进双超模型结构：改进了原双超模型中的Richards方程入渗新解的计算公式，改进后的入渗公式既保留了原模型中入渗新解的优点，又简化了计算公式；改进双超模型将包气带结构分层由四层改为三层，简化了双超模型中土壤填土容器结构；改变原模型中的蒸散发形式，蒸散发模拟采用国内较成熟的三层蒸散发模式；壤中流模拟考虑壤中流产流能力的分布不均以及壤中流的产流面积随土湿的变化，提出各层填土容器的地下入渗能力的流域归一化曲线。改进双超模型在入渗计算、壤中流模拟和蒸散发方面比双超模型结构更加合理，更符合人们对水文过程的一般认识规律。　　（2）在DE算法和 jDE算法的基础上提出一种新的参数优选方法──参数自适应DE混合算法，该算法在调整缩放因子F和交叉因子CR的过程中加入了个体适应度的比较判断，以提高算法收敛速度；同时算法采用差分进化算法的最优解作为信赖域反射算法的起始点，进行二次优化，构成混合差分进化算法，以提高算法的收敛性，并采用6个标准测试函数测试了算法的可行性。本文分别采用SC E-UA算法和参数自适应 DE混合算法对改进双超模型和双超模型的参数进行率定，以张峰水库18场历史洪水为例，研究结果表明：相比双超模型，无论在率定期还是检验期，改进双超模型在洪峰合格率和峰现时间合格率方面均有改善；相比SCE-UA算法，本文新提出的参数自适应DE混合算法能更有效地逼近实测流量的结果，表明该方法应用于该流域模型参数的优选是可行的。　　（3）针对水文模型参数优选过程中出现的“异参同效”现象，本文在贝叶斯理论框架下，采用基于马尔可夫链蒙特卡罗理论的 DR EAM算法，对改进双超模型的参数不确定性进行分析。张峰水库实例研究结果表明：DR EAM算法方法能快速有效地推求出改进双超模型参数的后验概率密度分布，借助参数后验分布的特点，可以更清晰地分析改进双超模型中各参数的不确定性，为模型预报的不确定性分析奠定基础。　　（4）论文还研究了考虑模型参数和模型结构不确定条件下改进双超模型的综合不确定性，并得到改进双超模型综合不确定条件下的概率预报。概率预报的结果不再是确定的流量过程线，而是可以得到某一置信水平下的不确定性预报区间。概率预报结果在防洪决策中比确定性预报可以提供更多有用的信息，有助于预报人员在决策中考虑预报的不确定性，并定量估计各种决策的风险和后果。