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长江是中国的第一大江河，洪水灾害频繁，人类活动影响显著。自江源至湖北宜昌为长江上游，流域面积约100万km2，主要水系有金沙江、岷江、沱江、嘉陵江、乌江等。长江上游是长江流域水能资源最为丰富的地区，也是水电开发的重点。建立长江上游流域分布式水文模型，分析评估变化环境下的区域水资源，具有重要的科学意义和实际应用价值。
本文分析长江上游流域水循环的特性与变化，采用分布式水文模拟与水文非线性系统理论相结合的方法，建立多种尺度的分布式水文模型，模拟降雨径流过程，分析气候变化和土地利用等人类活动对流域水循环的影响。主要研究内容和结论包括：
(1)建立和完善水文非线性分布式水文模型根据水文建模的研究目标，以及模型应用的时间与空间尺度，建立了小时、日和月三种尺度的分布式水文模型。以小时和日为时间尺度的分布式水文模型，在由DEM划分的网格或子流域单元上，单元产流模型应用非线性系统理论模型TVGM来计算地表水产流，应用自由水蓄水库线性出流计算土壤水和地下水产流；汇流演算采用动力网络汇流方法。以月为时间尺度的分布式水文模型，分别计算子流域的产流(分为地表径流与地下径流)、蒸散发、土壤含水量变化。
(2)长江上游流域径流变化分析分析长江上游干流及主要支流控制站(包括金沙江屏山站、岷江高场站、沱江李家湾站、嘉陵江北碚站、长江上游干流寸滩站及乌江武隆站)的年内、年际径流变化特性，包括径流变化的趋势性、突变性、复杂性、阶段性、年内分配等特征。结果表明，高场、李家湾、北碚站径流发生显著减少。长江上游流域径流大体上经历了丰-枯-丰-枯四个变化阶段，其时间分界点大约在1968年、1979年和1993年。总的来看，寸滩站1993年以来径流减少主要受岷江、嘉陵江、沱江流域径流减少影响，而9月-10月减少相对明显。
(3)分布式月模型应用研究建立大尺度分布式月水量平衡模型，应用于长江上游7个区间，模拟精度较高。应用分布式月水量平衡模型定量识别气候变化及人类活动对径流变化的贡献率。长江上游寸滩站1993年以来径流减少，气候变化是主要影响因素，贡献率为71.43％。水库调蓄增加了非汛期径流。岷江和嘉陵江流域的径流减小显著，人类活动对径流减少的贡献率达50％左右。岷江和嘉陵江流域人类活动影响显著，未来人类活动对径流的影响幅度将可能增加。
(4)长江上游流域径流对气候变化的响应以分布式月水量平衡模型为工具，分析预测了未来降水、气温变化条件下，长江上游流域各区间径流的变化。结果表明，相对于设定的背景值(1961～1990年)，武隆站径流将减少；高场站径流将增加；而屏山、李家湾、北碚、寸滩站径流先减少后增加；三峡入库径流量较1961～1990年间的径流量变化幅度不大。在A2情景下，汛期7月-9月的径流将增加，洪水的风险可能会增加。而在CGCM1和HadCM2情景下，10月和11月的径流减少，将对三峡水库的汛后蓄水产生不利影响。
(5)基于下垫面特征值的分布式水文模拟依据子流域的土壤质地、土地利用类型面积比例，进行多元回归分析，分别建立了下垫面特征值与月模型、日模型参数之间的数学关系式。然后在此基础上建立了参数空间分异的金沙江流域分布式月水量平衡模型和嘉陵江流域分布式日水文模型。
分析了土地利用变化对流域径流的影响。金沙江月模型分析结果表明，森林相对于草地具有增加年径流的效应。而嘉陵江日模型分析结果表明，对于汛期径流，相对于草地，森林的增加会减少产流。两种尺度分析结论不同的原因在于：日模型主要是模拟洪水过程和洪峰，率定参数所使用的资料都在大水年份。这表明，相对于草地，森林的增加可以增加年径流量，而削减洪峰和洪量。
(6)分布式日模型和小时模型应用研究以涪江流域为例，建立了基于1km×1km栅格的口尺度分布式水文模型。基于子流域，建立金沙江屏山站～长江干流寸滩站区域小时尺度分布式水文模型，模拟各区间洪水过程。模拟结果表明，模型可以应用于洪水预报。分布式水文模型能反映各水文要素的时间、空间分布特性。