与概念性水文模型相比，分布式水文模型能够考虑下垫面的变化而具有更强的物理机制，更加适用于缺资料地区的产汇流计算（PUBs）。

SHE（欧洲水文系统）模型第一版本于1982年公布，实现了Freeze和Harlan 1969年提出的基于水动力学方程的分布式水文模型“蓝本”，因此国际上分布式水文模型研究已有近30年的历史。国内有关分布式水文模型的研究起步相对较晚，但近些年发展迅速。分布式物理模型提出至今，先后涌现出欧洲水文系统SHE模型（Abbot et al，1986）、SWAT（Arnold et al，1990，1995）、WEP模型（Jia et al，2001；贾仰文等，2005）等。分布式水文模型同时具有理论上的前沿性和应用上的广泛性。然而，分布式水文模型不仅需要的资料与数据众多，而且要求分辨率很高的空间信息，这也是限制分布式水文模型广泛应用的主要问题。

数字流域、地理信息系统（GIS）及遥感（RS）技术为分布式物理模型的应用创造了条件。20世纪80年代初期，O'Callaghan and Mark（1984）首先提出了利用网格型DEM并按最陡坡度方向决定地表汇流方向、生成河道网的方法。之后，许多研究者如Tarboton（1988，1991）等，针对非自然洼地的处理，以及利用生成的河道网进行流域划分、地形特征和汇流特性分析等做了大量研究。这些研究成果被ARC/INFO及ARCVIEW等GIS软件采用，为分布式流域水文模拟带来了方便。地理信息系统将图形显示、空间分析与数据库管理技术相结合，为分布式水文模拟的大量空间信息数据处理及管理提供了强有力工具。遥感技术不但能够提供土地覆盖及地形等基本空间数据，也为模型参数如叶面指数（LAI）等的估算提供信息，同时还能对蒸发量、土壤含水率及地表温度等进行演算，为模型的验证创造了条件。

基于物理机制的分布式流域水文模型，又称分布式物理模型（贾仰文，2005）或物理性流域水文模型（胡和平，2007），从水循环的动力学机制来描述流域水文问题，能够清晰反映地表土地特征如地形高程、坡度、形态和地貌，以及气象因素如降水、气温和蒸发等，能够将土地地表特征和模型参数建立直接联系。分布式物理模型将水循环的各要素过程联系起来进行详细模拟。蒸发蒸腾的计算通常根据空气动力学及能量平衡原理，采用Penman-Monteith公式计算，并考虑土壤的水热运移情况及植被叶面截留雨水、叶孔水汽扩散及根系吸水情况。非饱和土壤水的计算通常采用竖向一维Richards方程（在坡度大的山坡地区考虑竖向及山坡方向二维）、浅层地下水的计算采用Bousinessq方程进行数值计算，而河流水和地下水的补给量或排泄量按达西定律计算。因此，产流的计算按水的移动自然求得，并不预先区分超渗产流模式还是蓄满产流模式。虽然分布式物理模型从物理机制上来描述水的移动，根据水移动介质的物理性质推定模型参数，从理论上讲无需参数率定和模型校正，但由于受数据资料及尺度问题限制，实际上通常需要选择校正期，对根据观测结果推定的参数进行一些调整，然后保持这些参数不变对模型进行验证。下面介绍WEP模型以反映分布式水文模型的开发与应用所关注的问题。

WEP模型是Water and Energy transfer Process（水与能量转化过程）的缩写，是综合分布式流域水文模型（包括水循环及其伴生的水环境、泥沙等过程的模拟）、陆面地表过程模型和水资源调配等的研究成果。WEP模型是由贾仰文博士在日本东京大学留学期间开发的，从1995年开始模型开发，在1996～1998年期间形成了初期版本，1999～2002年模型经过改进和完善，逐渐趋于成熟，在日本东京的多摩川中部流域（578km2）、千叶县海老川流域（27km2）和茨城县谷田川流域（166km2），韩国的清溪川等流域取得较好的验证和应用。2002年10月，WEP模型获得日本著作权登录，其运算程序可以从日本国土交通省土木研究所的网站下载。(www.daowen.com)

2003年以后，开始探索WEP模型在超大型流域（几十万平方千米以上的流域）的应用，在国家“十五”科技攻关重点项目《黑河流域水资源调配和信息管理系统》中，针对我国内陆河流域的特点，对WEP模型进行了改进，建立了基于网格的黑河流域（14万km2）分布式水文模型，形成了IWHR—WEP模型（贾仰文等，2006），模型验证后可为水资源调配提供土壤墒情预报、冰情预报、径流预报等。

2003～2004年，在国家重点基础研究（973）发展规划项目“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理”第二课题“黄河流域水资源演变规律与二元演化模型”研究中，开发了“天然-人工”二元水循环系统的大尺度流域分布式水文模型WEP—L（Water and Energy transfer Process in Large river basins）模型（贾仰文等，2005）。为了适应黄河这样的超大流域（79万km2），克服采用小网格单元带来的计算灾难，以及采用过粗网格单元产生的计算失真问题，WEP—L采用了“子流域内的等高程带”为计算单元，而计算单元内的地形、河网水系、植被、土壤和土地利用等属性基于1km网格空间信息数据。根据1km DEM和实测水系矢量图，应用GIS技术将黄河流域划分成具有空间拓扑关系的8485个子流域，将各子流域划分成1～10个等高带，黄河流域共划分为38720个等高带，作为水文模拟的计算单元。模型经验证后，应用于黄河流域水资源评价和人类活动影响下的水资源演变规律研究。

2005年，在“北京市降雨产流测报系统研发”项目中，利用WEP分布式水文模型的一些思想，开发了基于WebGIS的降雨产流测报系统。北京市降雨产流测报系统是以分布式区域降雨产流测报模型为核心，融合先进专业模型开发技术和IT技术建立起来的、面向防汛抗旱和水资源调控等工作的降雨产流实时分析平台。具有降雨分析、蒸发分析、地表产流分析、水量平衡分析、成果信息发布、查询、打印输出等功能，以实现及时准确掌握北京市场次降雨的产流量、蒸发量、入渗补给量以及出入境水量等情况为目的，向政府管理部门、各行业生产单位以及公众提供信息，辅助建立快速反应机制，为北京市水资源和雨洪调度决策提供科学计算工具和直观表达方式。

2006年至今，在国家重点基础研究（973）发展规划项目“海河流域水资源演变规律与水资源高效利用”课题四“流域水循环及其伴生过程的综合模拟与预测”和世界银行海河GEF项目“海河流域水资源水环境综合管理”中，针对海河流域高强度的人类活动，大量地下水开采的实际情况，在海河流域（32万km2）建立了WEP—L分布式水文模型。与黄河流域类似，应用GIS技术将海河流域划分成具有空间拓扑关系的3067个子流域，11752个等高带，作为水文模拟的计算单元。WEP模型与以往的模型相比，增加了与DAMOS模型和ROWAS模型的耦合，强化了对伴生水循环的水化学、水盐和水沙过程的模拟和关于平原区地下水的模拟。