流域水文模型是将流域降水、蒸发、截留、下渗、地表径流、壤中流、地下径流，以及河网汇流演算等多个过程作为一个整体系统来研究，一般是用数学的语言和方法描述流域水文原型系统的主要特征关系与过程的数学模型。按照模型结构概化方式，可分为物理模型（白箱）、概念性模型（灰箱）和经验模型（黑箱）；按照模型参数化方案，可分为集总式模型和分布式模型。

20世纪50年代后期，伴随计算机技术引入水文学研究领域，国际上提出了“流域水文模型”概念，开始将流域水文循环多过程作为整体系统进行研究，并出现了第一个流域水文模型——美国Stanford模型（1959）。60～80年代中期，概念性集总式流域水文模型进入蓬勃发展时期。80年代后期，由于集总式流域水文模型自身的局限性，几乎没有突破性进展。伴随计算机和信息技术的迅猛发展，具有物理机制的分布式水文模型得到了快速发展。进入21世纪以来，在全球变化背景下流域水文模型作为认识地球陆地水循环过程及水资源演化规律不可缺少的重要工具，在促进地理水文学科理论创新、提升水利行业领域重大科技创新具有重要支撑作用。

在流域水文循环系统结构内部，把复杂径流形成的物理机制加以概化，用逻辑推理方法，对概化后的水文现象进行数学模拟的一种方法。比如利用下渗曲线、线性水库等一些简单的物理概念近似模拟产汇流过程。比较有代表性的是Stanford模型、Sacramento模型、Tank模型、新安江模型、SCS模型、HEC模型等。

按照流域各处地形、土壤、植被、土地利用，以及降水等不同，将流域划分为若干水文单元，在每个单元上用一组参数反映该部分的流域特性。相对于集总式水文模型而言，分布式水文模型能够反映流域水文循环的下垫面条件和气象因素的空间异质性，从而实现流域水文过程的精细化模拟。分布式水文模型的单元划分可以基于网格、山坡和子流域。在每个水文单元上，可以构建物理模型（白箱）、概念性模型（灰箱）和经验模型（黑箱）。比较有代表性的是MIKE SHE模型、SWAT模型、TOPMODEL模型、VIC模型、DTVGM模型和HIMS模型。

流域水文模型经历了由经验模型、概念性模型到物理模型，由集总式模型到分布式模型的发展历程。伴随计算机和信息技术的迅猛发展，流域水文模型呈现出向微观更加精细化、向宏观更加规模化的发展趋势，其物理机制与模拟预报精度也越来越好，不断逼近客观水文原型系统。在当前大数据、人工智能和高性能计算等软硬件技术获得新突破之际，面向E级计算的跨尺度、大规模、精细化和智能化的流域水文模型将成为未来发展方向，为国家水管理实现流域一体化防洪和跨区域水资源科学调配提供科技支撑。