黄河源区(唐乃亥以上)多年平均径流量约200亿m3,占黄河天然径流量的38%,是黄河流域的主要产流区和重要的水源涵养区。在气候变化等因素的驱动下,同时受人类活动影响,黄河源区历史汛期径流出现了下降趋势。本论文以黄河源区汛期径流过程为研究对象,建立相应的水文模型进行径流模拟和预测,分析黄河源区历史—未来的汛期径流变化趋势。针对分布式水文模型计算耗时较长,模型参数率定困难这一问题,提出了一种双层并行的参数优化方法,同时进行不同计算情景和水文模型内部的并行计算,从而能全面利用计算机集群的硬件资源,快速完成流域水文模型参数率定,并易于分析模型各参数的敏感性。针对降雨输入给水文模拟带来的不确定性难以量化这一问题,提出一种具有普遍适用性的自助抽样方法,研究了降雨输入的空间差异性和不确定性,及其对径流模拟结果的影响。得出黄河中游样例流域雨量站密度对径流模拟结果的影响规律,指出在小时分辨率的降雨输入和分钟级别的径流模拟输出要求下,黄河中游流域雨量站平均控制面积以40 km~2较为合理,而0.1°(10 km)分辨率的栅格降雨数据也可以支持流域径流模拟。论文最终落脚于对黄河流域未来汛期径流演变趋势的预测。对比评价了黄河源区多源降水数据,将CMORPH地面融合降水数据作为基准,发现CMIP5各系列数据的降水量在黄河源区整体偏大,按月修正后数据可靠性有所增加。集成了适用于黄河源区的大尺度、高分辨率的数字流域模型,利用以上两类降水数据,完成了黄河源区汛期径流的模拟与预测。将2008—2012年汛期划分为率定年和验证年,径流模拟结果显示,率定和验证期逐日径流过程的Nash-Sutcliffe效率系数较高,汛期径流量符合良好,证明了数字流域模型在黄河源区的适用性。对历史—未来汛期径流趋势的分析显示,黄河源区汛期径流量自1956年到2045年,实测和模拟径流量统一呈现总体下降趋势,年平均减少0.12%,即2.0亿m3/10年。模型预测径流量的下降趋势更加明显,2005—2045年,黄河源区汛期径流年平均减少0.25%,即3.7亿m~3/10年。