流域水文模型是随着计算机技术的广泛使用而发展起来的新一代洪水预报方法。流域水文模型在进行水文规律的研究和解决生产实际问题中起着重要作用，是现代实时洪水预报的核心部分，也是提高预报精度和增长预见期的关键技术。

流域水文模型是水文科学中一个最重要的分支之一，是研究水文自然规律和解决水文实践问题的主要工具。严格说来，水文模型可以分为确定性模型和随机性（统计）模型。确定性模型应用有限的物理学规律描述水文过程，其预测结果不存在不确定性；随机模型应用概率理论和随机性过程描述水文环节，其预测结果多为条件概率的形式。确定性模型根据模型对流域是空间集总式的还是分布式的描述，以及对水文过程是经验性描述、概念性描述还是完全物理描述，可将模型进一步划分为黑箱模型、概念模型和基于物理学的分布式模型。黑箱模型、概念模型和物理模型分别代表确定性水文模型的不同发展阶段。黑箱模型基于传输函数，几乎没有任何物理意义；概念模型介于完全物理描述和经验式黑箱模型之间；基于物理的水文模型建立在人们对控制流域响应的水文过程的物理认识的基础之上。

1961年日本国立防灾中心的营原正已博士提出单列的水箱(TANK)模型，以后不断改进、发展，由湿润地区扩展到干旱地区，并在模型中增加了融雪径流结构，成为一个多列的复杂水箱模型。

1969年美国天气局西纳(Sitter)等在“用API型水文模型综合连续过程线法”一文中，将API方法与单位线法相结合，发展成为一个完整地模拟降雨径流过程的流域模型，后称为连续的API流域模型。

20世纪60年代末至70年代初美国的R.C.伯纳什和R.L.费雷尔以及R.A.麦圭尔开发研制了萨克拉门托 (Sacramento)流域水文模型，简称SAC模型。SAC模型功能较为完善，既适用于湿润地区，也适用于干旱地区。

1973年河海大学的赵人俊等人对新安江水库作入库流量预报时提出了新安江模型。它的特点是认为湿润地区主要产流方式为蓄满产流，所提出的流域蓄水容量曲线是模型的核心。近几十年，新安江模型不断改进，已成为有我国特色应用较为广泛的一个流域水文模型。

赵人俊教授等学者选择水文站网较密、资料观测精度较高的陕北子洲径流试验站，分析了人工积水试验下渗规律，探讨了子洲径流试验站、团山沟径流试验站及流域的产流计算问题后，提出了陕北模型门。该模型适用于干旱地区或者以超渗产流为主的地区。

水箱模型、SAC模型、新安江模型和陕北模型属于集总式概念性流域水文模型，在水文学科领域研究时间较长，应用比较广泛。

水文学理论的发展和高新技术在水文学科领域的广泛应用促进了分布式流域水文模型的发展。1979年Bevenk和Kirbby提出了以变源产流为基础的TOPMODEL模型。但TOPMODEL并未考虑降水、蒸发等因素的空间分布对流域产汇流的影响，因此它不是严格意义上的分布式水文模型，这类模型也称半分布式水文模型。

由丹麦、法国及英国的水文学者联合研制及改进的SHE模型(System Hydrologic European)则是一个典型的分布式水文模型。SHE模型为研究人类活动对于流域的产流、产砂及水质等影响问题提供了理想的工具。SHE模型应用数值分析来建立相邻网格单元之间的时空关系，这类模型也称紧密耦合型分布式水文模型，即人们所指的具有物理基础的分布式水文模型。

Jeff Arnold (1994年)为美国农业部(USDA)农业研究中心(ARS)开发了SWAT模型。SWAT是在SWRRB模型基础上发展起来的一个长时段的流域分布式水文模型。SWAT是一个具有很强物理基础、适用于具有不同的土壤类型、不同的土地利用方式和管理条件下的复杂的大流域，在加拿大和北美寒区具有广泛的应用。主要用来预测人类活动对水、沙、农业、化学物质的长期影响。SWAT能够在缺乏资料的地区建模，具有输入数据容易获取、计算效率高等特点。SWAT模型应用现有的概念性模型在每一个网格单元(或子流域)上进行产流计算，然后再进行汇流计算，最后求得出口断面流量，这类模型也称松散耦合型分布式水文模型。

此外，USGS模型、WATDFLOOD模型、SLURP模型和PRM模型等都属于分布式水文模型的范畴。

关于分布式水文模型，我国的研究相对于国际水文学界起步较晚，但最近十几年也取得了较大进展。

1995年沈晓东等人提出了一种在GIS支持下的动态分布式降雨径流流域模型，实现了基于栅格DEM的坡面产汇流与河道汇流的数值模拟。2000年黄平等建立了描述森林坡地饱和与非饱和带水流运动规律的二维分布式水文数学模型，并用有限元数值方法求解模型。同年郭生练等建立了一个基于DEM的分布式流域水文物理模型，用来模拟小流域的降雨径流时空变化过程。同年，任立良和刘新仁在数字高程模型(DEM)的基础上成功开发了分布式的新安江模型。李兰等提出和建立了一个按子流域划分的分布式水文物理模型，该模型包括产流模型、汇流模型、流域单宽入流和上游入流反演模型、河道洪水演进四大部分。2001年郭生练、杨井等建立了基于GIS的分布式月水量平衡模型。2002年俞鑫颖、刘新仁等建立了分布式冰雪融水雨水混合水文模型。同年，夏军等开发了分布式时变增益水文模型(DTVGM)；唐莉华等提出了一个针对小流域的分布式水文模型，包括产汇流和产沙模型。

此外，在水文预报中应用较多的还有时间序列模型、人工神经网络模型、马尔可夫链预测法和模糊数学模型等。