在过去的十年中,中国平均每年因山洪灾害致死300多人。洪水预报预警是山洪防御的重要手段,但是山洪多发生在水文资料短缺的中小河流地区,洪水预报预警难度很大,准确性难以得到保证。湖南省山丘区气候、下垫面、地貌类型多样,并且时空分布极为不均,由于地质地貌条件复杂,加上极端气候频繁出现,导致山丘区洪水灾害频发。由于山陡水急,洪水极易造成破坏,严重威胁人民群众财产和生命安全。针对缺资料地区洪水模拟精度低的问题,本文通过降雨径流模拟和数据挖掘,结合流域特征、河道形态、地形地貌、土壤、植被分布,研究湖南省山丘区产汇流特征,分析参数分布规律。通过对比不同的参数区域化方案,研究科学、合理的水文模型参数确定方法,为准确地预报预警、减少洪水灾害损失提供科学依据和技术支持。本文的主要研究内容如下:1)针对集总式模型对水文观测资料要求高、参数移植困难的问题,选取湖南省山丘区33个有长序列水文观测资料的典型流域,采用DEM数据集划分子流域,构建分布式水文模型。提取每个子流域和河段的属性,包括面积、周长、最长汇流路径、平均坡度、平均高程、河段长、河段比降等信息,构建了33个典型流域的分布式模型。其中产流计算采用新安江模型,坡面汇流采用地貌单位线模型,河网汇流采用马斯京根法。2)针对地貌单位线参数确定困难的问题,基于能量转换原理提出一种构造地貌单位线的方法。通过分析流域内水质点能量分布,将重力势能转化为动能,以此为基础构建空间能量场。根据动能公式估计地表水流速度,提取地貌单位线。研究结果表明:采用新方法计算的地貌单位线,降雨径流模拟精度较高,并且该方法的参数物理意义明确,可以通过率定或者测量方式确定。3)为了高效、高质量地完成模型参数率定,分析了不同参数优化方法的效率和稳定性。分别采用单纯多边形进化算法Shuffled Complex Evolution（SCE-UA）,差分进化算法Differential Evolution（DE）,阴阳萤火虫算法（YYFA）进行模型参数寻优。研究结果表明,在计算资源有限的情况下,SCE-UA算法具备最高综合寻优质量和效率。对25个典型流域的426场雨洪资料进行模型参数率定,在这25个流域的率定结果中,平均Nash系数在0.8以上的有12个,在0.7～0.8之间的有11个,在0.6～0.7之间的有2个。4)针对水文模型参数移植效果不稳定的问题,本次研究提取各典型流域的地形、地貌、土壤、植被特征,分别采用距离临近法、属性相似法和随机森林模型（Random Forest,RF）构建参数区域化方案,采用8个典型流域的136场雨洪过程对方案进行验证。研究结果表明,距离临近、属性相似和随机森林方案的平均Nash系数分别为0.58、0.64和0.68,最劣值分别为0.27、0.31和0.59,随机森林方案表现最好最稳定,该方案优于另外两种方案。