自全球水系统计划(Global Water System Project) 提出以来，水循环已逐渐被认为是联系流域诸多与水相关过程（水文过程、环境化学过程、生态过程和社会水循环等）的关键性纽带。传统水循环研究重点关注单一要素或单一过程，忽视了水循环多过程的相互作用机制，存在一定局限性和不确定性。中国科学院地理科学与资源研究所张永勇副研究员与合作者在国家自然科学基金(41271005)、中科院青年创新促进会、中国科学院地理科学与资源研究所秉维优秀青年人才计划（2015RC201）和国家重点基础研究发展计划项目(2012CB955304)等支持下，在水循环多过程耦合均衡模拟、径流多要素模拟和影响评价等方面取得了如下进展：
　　构建考虑生物地球化学过程的流域水循环系统模型。探索了水循环与氮、碳等生物地球化学循环的相互作用机制，以水和营养源循环作为联系各个与水相关过程的主要纽带，构建了考虑生物地球化学过程的流域水循环系统模型，模拟了淮河流域、潮白河流域、新安江流域、河西走廊等地区气候变化和人类活动（土地利用、水利工程以及农业管理措施等）影响下地块、河道断面、子流域\流域等多种尺度径流、水-土及营养源流失、水体水质浓度或负荷、作物产量等要素的时空特征。

水循环系统模型框图

　　提出基于径流多要素影响评价指标体系。将径流总量单一水资源属性指标扩展到总量、变率、历时、频率和时间累计等与河流环境生态系统密切联系的径流情势指标，已用于评价淮河流域水利工程、河西走廊地区气候变化等对径流的综合性影响，可为进一步分析生态与环境效应提供基础。　　

　　提出水循环多过程多要素均衡率定方法。随着水系统模型考虑过程和要素的增多，传统以径流量为目标的率定方法，或是先率定水文过程再率定其他过程，很难使水循环其他过程或要素模拟效果达到最优。研究综合考虑水系统模型各过程或径流各要素之间的制约，提出了水循环多过程多要素均衡率定方法，避免目标函数优化时先后次序的主观判断。从淮河流域重点断面水量水质过程模拟结果来看，在不明显影响水量模拟效果的情况下，氨氮浓度的模拟精度可提高20%左右；而从河西走廊两个流域径流情势指标的综合率定效果来看，69%的指标模拟精度得到提高。　　

　　相关成果列表：
　　1.Zhang YY, Shao QX, Ye AZ, Xing HT and Xia J. Integrated water system simulation by considering hydrological and biogeochemical processes: model development, with parameter sensitivity and autocalibration. Hydrology and Earth System Sciences, 2016, 20:529–553.
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　　2.Zhang YY, Zhou YJ, Shao QX, Liu HB, Lei QL, Zhai XY and Wang XL. Diffuse nutrient losses and the impact factors determining their regional differences in four catchments from North to South China. Journal of Hydrology, 2016, 543:577-594.
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　　3.Zhang YY, Shao QX and Taylor JA. A balanced calibration of water quantity and quality by multi-objective optimization for integrated water system model. Journal of Hydrology, 2016, 538:802-816.
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　　4.Zhang YY, Shao QX, Zhang SF, Zhai XY and She DX. Multi-metric calibration of hydrological model to capture overall flow regimes. Journal of Hydrology, 2016, 539:525-538.
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　　5.Zhang YY, Zhai XY, Shao QX and Yan ZQ. Assessing temporal and spatial flow regime alterations in the regulated Huai River Basin, China. Journal of Hydrology, 2015, 529:384-397.
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　　6.Zhang YY, Fu GB, Sun BY, Zhang SF and Men BH. Simulation and classification of the impacts of projected climate change on flow regimes in the arid Hexi Corridor of Northwest China, Journal of Geophysical Research-Atmosphere, 2015, 120, 7429-7453.
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　　7.张永勇. 复杂流域水系统模型系统.登记号:2016SR040307.
　　8.张永勇. 流域水系统模型参数分析软件.登记号:2016SR039945.
　　9.张永勇. 水库入流预报系统.登记号: 2016SR148971.
10. 张永勇,高扬,夏军 等. 流域水-生物地球化学循环及其耦合均衡模拟. 被评为2016年度中国科学院地理科学与资源研究所年度十大研究进展.