如何考虑流域内部基本单元径流过程的空间变异性是分布式水文模拟待解决的问题，迄今鲜见相邻小流域径流过程空间变异性的观测及综合定量研究。通过野外试验、比较水文学和地统计学方法，依托地表过程与资源生态国家重点实验室黑龙江鹤山九三水土保持试验站建立水文过程综合观测系统，同时观测5~8个相邻小流域的降水、土壤湿度和径流等变量；引入有时滞的时间序列回归数据分析方法，量化各次自然降雨条件下其它流域和参考流域径流过程的差异性与相似性（比例系数k和拟合程度R2），也将该方法应用于土壤湿度和降水变量，分析此3水文过程的空间变异性特征；探讨这些空间特征随时间变化特性，对比降水、土壤湿度、地形等单因子空间变异性特征与径流过程空间变异性特征，建立k和降水、土壤前期含水量等的函数关系，揭示小尺度径流过程空间变异性的影响机制。研究成果有利于增加对水文响应空间过程的新理解，用于支撑分布式水文模型的开发、测试和能力提升。

变化环境下的区域蒸散发估算及其变化归因研究是当今水文科学领域的国际前沿。在气候变化和人类活动双重影响下，中国大部分流域的农田种植结构和用水方式发生了较大变化，农田蒸散发耗水时空演变也呈现新的规律，目前还缺乏成熟的区域蒸散发耗水变化归因分析理论和方法体系。基于此，本项目拟选择渭河流域关中农业耕作区，构建适合该区域的二层遥感蒸散发模型和考虑自然-人文复合过程的分布式水文模型；并以遥感蒸散发模型为观测算子、以水文模型为模型算子构建蒸散发数据同化系统，结合地面实测数据对同化系统验证、优化，获得较高精度的区域农田蒸散发耗水过程；同时，考虑人类活动因子改进经典的气候弹性系数法，定量归因分析气候变化和人类活动对农田蒸散发耗水的影响；通过探讨上述区域农田蒸散发耗水模拟及其变化归因方法的不确定性，实现揭示农田耗水时空演变规律以及受气候变化影响的机制，为农业水资源高效利用和区域水资源可持续管理提供科学支撑。

太原市是严重缺水的城市之一。为了恢复被长期过量开采而破坏的地下水资源，兴建了引黄入晋工程通过汾河天然河道每年向太原市输送黄河水3.2亿m3以满足用水需求。近年来黄河出现污染，查明调入的黄河水对受水区水环境的影响十分迫切。本研究以汾河引黄河段为典型区域，综合水文观测、同位素水文学，水文地球化学、统计分析以及数值模型模拟等多种研究方法，分析河水和地下水中离子含量、2H和18O组成、有机物（TOC、DOC、UV254和环境激素DBP）分布，研究河水与地下水水量交换模式，探讨不同自然地理环境下饱和/非饱和渗水、河岸入渗调蓄等情形地下水水化学变化和污染物运移问题，并讨论引水活动的影响。本研究将揭示引黄入晋工程调水对汾河受水区水环境的影响，对太原地区水资源保护有重要意义，有助于加深对人类活动影响下流域水循环和水环境问题的理解。

在气候变化的背景下，我国水资源时空分布发生了变化，国家近期对水资源变化及其适应问题研究需求十分迫切。水循环是水资源问题的理论基础，湿润-干旱过渡带水循环的时空变化对气候变化非常敏感，本项目拟开展湿润-干旱过渡带水循环过程对气候变化的响应研究，为区域水资源管理对气候变化的适应提供科学依据。主要内容：1）识别我国湿润-干旱过渡带及其摆动范围，分析过渡带水循环的时空变化特征、水热平衡的格局及变化规律；2） 从水圈和气圈相互作用出发，研发耦合水热平衡变化的分布式水文模型，模拟中国湿润-干旱过渡带主要水循环过程；3）在过渡带选取代表不同气候特征的典型流域（西辽河、黄河中游、拉萨河），结合水文模型和室内外试验，揭示主要水循环要素对气候变化的响应机理；4）在气候变化对过渡带水循环影响分析的基础上，综合人类活动对水循环过程的影响，预估过渡带未来“蓝水”与“绿水”的转化趋势。