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水温是河流生态系统重要的物理因素,也是重要的水质因素,对河流生态环境有较大的影响。因此对河流水温的模拟与估算研究具有重要的理论价值与现实意义。本研究在前人相关研究的基础之上,采用一维数学模型法和统计法对黄河上游尤其是资料缺乏地区的水温进行模拟对比研究,主要研究成果如下所示:(1)基于一维对流—扩散方程建立一维河流水温模型,采用有限差分法和追赶法对方程解析求解,并以黄河上游干流乌金峡和安宁渡水文站的实测水温资料进行验证。结果表明乌金峡与安宁渡水文站平均绝对误差(MAE)分别为1.5℃和1.6℃,均方根误差(RMSE)分别为0.86和0.91,纳什系数(NSE)分别为-0.11和-0.22,模拟预测结果较接近实测值。(2)基于各气象因子与水温的相关性分析,表明气温为影响水温变化的最主要因素。采用黄河干流的黄河沿(三)站、吉迈(四)站、军功站、门堂站、唐乃亥站、兰州站2009年实测资料建立四次多项式统计表达式、三次多项式统计表达式和幂函数统计表达式,并以2010年和2011年实测资料进行验证。结果表明,在日尺度时,各水文站四次多项式法的2010和2011年MAE、RMSE、NSE的平均值分别为0.99、0.68、0.10和0.80、0.57、0.55,优于三次多项式和幂函数法结果;在月尺度时,各水文站幂函数法的2010和2011年MAE、RMSE、NSE的平均值分别为0.91、0.55、0.73和0.97、0.65、0.59,优于四次多项式和三次多项式法结果。(3)采用黄河支流湟水的民和水文站与西宁水文站2009年实测资料建立四次多项式统计表达式、三次多项式统计表达式和幂函数统计表达式,并以2010年和2011年实测资料进行验证。结果表明,在日尺度时,幂函数法的2010年和2011年MAE、RMSE、NSE的平均值分别为0.75、0.66、0.24和1.10、0.66、0.62,优于四次多项式和三次多项式结果;在月尺度时,幂函数法的2010年和2011年MAE、RMSE、NSE的平均值分别为0.65、0.60、0.70和0.59、0.26、0.85,优于四次多项式和三次多项式结果。(4)针对资料缺乏地区水温模拟,在日尺度的应用结果表明,四次多项式统计法和幂函数统计法分别在干流和支流的日平均水温模拟中具有较好精度,能够应用于黄河上游上段资料缺乏地区的日平均水温模拟;在月尺度的应用结果表明,幂函数统计法在支流水文站的月平均水温模拟具有更好的精度。(5)对一维数学模型法和统计法进行对比,黄河上游干流水文站日平均水温模拟对比结果表明四次多项式统计法的MAE、RMSE和NSE分别为0.99、0.68和0.10,优于一维数学模型法的1.55、0.88和-0.17,统计法比一维数学模型法在干流日平均水温的预测中具有更高的精度,且需要的数据量较少。