水文学属于地学的研究范畴,非线性科学是研究地球系统的复杂性特征及其运动规律的主要手段之一。径流形成与转化的物理过程很难用线性原理描述,由于流域下垫面条件的复杂性和气象因素的时空变化等,导致水文现象的非线性十分严重,造成水文现象的高度时空变化和不确定性等,给洪水预报工作带来很大的困难。乏资料流域水文预报(PUB)相关研究的主要工作是减少预报中存在的不确定性,通过探索水文预报的新理论,大幅提高水文预报的精确度。基于物理过程的水文模型是PUB的主要解决途径之一。水文非线性系统理论和水文物理方法的结合有助于研究水文系统中存在的非线性机制,从而建立具有理论意义和实用性的水文非线性系统模型。结合“中小河流及无测站流域径流形成非线性机理及其模型的应用基础研究”国家自然科学基金课题,本文重点研究了水文时变增益模型(TVGM)的参数识别理论,分析了参数的物理意义,并改进了 TVGM在乏资料地区应用的技术方法,论文的主要研究成果及结论总结如下:(1)时变增益模型的构建与识别。综述了水文时变增益模型的基本原理,通过数值实验证明了多项式简化幂指数形式的合理性。分析了基于实测数据的时变增益模型产汇流参数的识别原理,并且从水文系统理论和水文物理方法结合的角度,提出了基于土壤水分常数的时变增益模型产流参数识别方法,推导了模型产流参数和土壤水分常数的关系式。(2)基于土壤水分常数的时变增益模型在乏资料地区的应用与分析。本章选择了我国15个不同的验证流域,通过提取流域土壤信息,获取了流域土壤水分常数。基于本文第二章建立的参数和土壤水分常数的表达式,计算得出流域水文模型参数取值。对比分析了幂指数形式和二项式产流的时变增益模型应用分析的结果,二者均取得了较好的模拟效果,结果表明基于土壤水分常数的参数识别在两种产流形式的TVGM中均是合理可行的,其中幂指数产流结构的TVGM的模拟效果稍优于二项式产流结构的TVGM模拟效果。(3)时变增益模型的参数区域化方法研究。在淮河流域,选取了 12个典型流域率定和验证了 TVGM参数,模拟结果表明了 TVGM在淮河流域有很好的适用性。从物理成因开始分析,构建并验证了 TVGM参数与流域地形地貌、土壤类型、土地利用等属性之间的回归方程,改进了 TVGM在乏资料地区的应用研究。