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由于中国北方城市经济社会的快速发展和水资源过度的开发利用，导致了城市河流水环境水生态的严重退化，已经成为当前和未来水资源可持续利用的重大水问题。本论文以永定河流域北京段为重点研究对象，通过国内外文献综述，分析了流域包括都市化区域的水循环变化，论述了以流域水循环为纽带的水量水质模拟;基于实际调研和水环境监测与系统分析等工作，重点探讨了中国北方缺水城市河流生态修复与水资源配置面临的水量水质综合模拟及其生态需水的合理估计问题。本文主要研究以下难点:(1)以流域水循环为纽带联系的永定河北京段天然及人工重建河流的水量水质耦合模拟;(2)高强度人类活动影响下，永定河北京段考虑河段水质目标的生态需水估算方法。本论文主要研究与新的探讨工作包括:
(1)选择永定河北京段为研究对象，建立了永定河北京段的分布式时变增益水文模型，在此基础上利用河流水质监测数据，进一步耦合了河流水质模型，并采用Thomas变换法、博斯科公式和靠波-菲利普斯方法等识别了水质衰减系数K;
(2)通过流域水循环分布式模拟与水量水质模型，根据水文水质资料，模拟分析了该河段典型年以及不同调水情景下河流的水质水量变化;并进一步在高强度人类活动影响背景下，提出了考虑河段水质目标的生态需水估算方法与应用问题;
(3)基于溶质守恒方程，提出了估算考虑水质的生态环境用水和换水周期分析公式，它能够揭示不同水质目标河湖生态环境用水量及换水周期的变化;
以上研究可为评估永定河水质、水量提供一个可行的解决方案，为北京市的水资源进一步合理的开发利用提供理论依据。