寒区水文过程是寒区生态系统中的重要环节之一,水热状况将直接决定高寒地区的生态环境状况。本文在综合分析了国内外水文循环研究现状和发展趋势后,以黄河源区典型草地水文循环分析为基础,从定量分析的角度出发,基于已有的数值模型,进行了适合高寒地区水文循环的研究。首先,以滑动趋势法和墨西哥帽状小波变化分别获取了研究区域近50a来气候变化的年际年代变化及其周期分析,然后从数值模拟的角度出发,对高寒地区两条典型小流域的入渗过程和直接产流量进行了分析,实现了对缺乏实测资料的高寒地区水文过程的定量研究,并探讨了黄河源区典型草地土壤水分变化的时空特征和规律。本文得出以下主要结论: (1) 近50a来达日县降水年增加率为0.557mm/a,而该县最大可能蒸散发量的年增加率为0.132mm/a,气候总体趋势是由干旱向湿润方向发生转变;达日县年气温序列主要呈现20a、15a、7a和5a的周期振荡,年降水序列表现为15～20a和7～8a的周期振荡。基于青藏高原太阳辐射平衡已有成果,结合联合国粮农组织推荐的彭曼—蒙蒂斯模型,对于达日县可能蒸散发进行了数值模拟,结果表明,近20a来可能蒸散发呈递减的趋势,汛期序列递减率为0.0467mm/a,冬春序列递减率为0.1084mm/a。 (2) 在不同盖度下土壤稳定入渗率是不同的,跨热瓦尔玛和纳通河流域的f_c值分别为0.1mm/min和0.017mm/min;在降雨入渗开始阶段,降雨入渗速率在植被盖度高的地区,比植被盖度低的地区入渗速率小,其中黑土滩的初始入渗率最大,一般比植被较好的草地要大3～5倍。应用考斯科加夫入渗模型和霍顿入渗模型对该资料进行模拟,结果表明考斯科加夫入渗模型能够较好的模拟高寒草甸条件下降雨入渗过程,霍顿入渗模型则能基本反映黑土滩条件下的水分入渗过程;对于不同降雨入渗阶段两模型的模拟效果也不相同。水量平衡分析表明,研究区域近20a嵩草草甸和黑土滩的汛期产流量分别为1913～2921L和9313～15244L。 (3) 旋转主成分分析法表明研究区域土壤水分的驱动因子可分为四个主成分因子依次为:立地与草地类型因子、植被因子、坡向风速因子和地形因子。四种不同覆被类型的土壤含水量的大小顺序:灌丛>黑土滩>退化草地>小嵩草,土壤水分剖面变化有两种特性:第一是包括小嵩草和退化草两种覆被类型的波动型,第二是包括灌丛和黑土滩两种覆被类型的降低型;不同深度土壤水分与海拔高度的关系满足一元二次回归模型,其中表层土壤(10～30cm)和60cm土层水分与绝对海拔高度拟合程度较好,并且土壤水分与海拔高度相关性较强;不同植被类型土壤水分的海拔高度变化特征:灌丛和嵩草植被类型土壤水分随着海拔高度的增加呈现先增大而后减小的趋势;退化草地土壤水分随着海拔高度的增加是增大的;黑土滩土壤水分随着所分布海拔高度的增加而减小。不同退化程度土壤水分剖面变化按照灌丛草甸、嵩草草甸、轻度退化、中度退化和黑土滩的顺序呈现以轻度退化草甸为对称轴的对称变化趋势,依次向两边为波动和减小的变化趋势。