水是人类生存和生活中不可或缺的必需物质，尤其是在干旱内陆河地区，水资源问题已成为流域可持续发展过程中水与生态之间矛盾的焦点。水化学研究是水资源质量评价的重要内容，对流域水资源利用方式、可持续发展、管理及生态环境的保护与建设都具有重要的意义。乌鲁木齐河属于我国西北典型的内陆河流域，流域山区是水资源主要的产流区，山前平原为主要耗散区。探讨乌鲁木齐河流域山区各种水体水化学形成机理，大气降水、河水以及部分地下水的同位素变化特征及其相互转化关系，是研究乌鲁木齐河流域下游水化学组成变化的基础。　　 但是目前水资源评价中缺少对乌鲁木齐河山区流域水化学和同位素特征长时间段连续性研究。基于此，本研究通过野外调查、野外水样采集、室内样品分析、数据整理以及收集整理前人成果和相关资料，在分析乌鲁木齐河流域山区降水、河水及部分地下水中δD和δ18O值特征和水化学变化规律的基础上，初步地揭示了乌鲁木齐河流域山区的水循环规律。得到以下结论:　　 在河源冰川作用区，受冰川运动以及融水的高速冲刷等因素影响，物理、化学风化速率高于大陆平均，对乌鲁木齐河源区径流水化学特征进行分析，结果表明，河源区大气降水离子类型为Ca2+-Na+-HCO3--SO42-，接近中性;径流离子类型为Ca2+-HCO3--SO42-，呈弱碱性。径流中电导率EC和溶解性总固体TDS均值为总控＞1号冰川＞空冰斗，其中1号冰川径流的峰值远高于其它两个水文点。受不同下垫面的影响，1号冰川水文点TDS变化受日径流量影响显著，而空冰斗水文点基本不受影响。通过主要离子比值和Piper图解法分析，径流中离子组成主要受岩石风化作用影响，并进一步证明控制径流离子的主要过程是碳酸盐、黄铁矿和长石类矿物风化。海盐校正分析法得出，大气降水对1号冰川、空冰斗、总控径流离子贡献率分别为4.91％，9.10％和5.42％。通过离子通量计算，2006、2007年1号冰川径流的总离子通量分别为144.43ton·yr-1和174.78ton·yr-1，而化学风化侵蚀率分别为11.46t·km-2·a-1和13.90t·km-2·a-1。　　 乌鲁木齐河上中游山区流域的三个水文站点(巴拉提沟、跃进桥和后峡)，按照前苏联学者舒卡列夫水化学类型划分方法，径流的离子类型均为Ca2+-HCO3--SO42-，呈弱碱性。巴拉提沟，跃进桥和后峡水文点同时期径流EC和TDS含量均值分别是174.49μs·cm-1和109.81mg·L-1，209.13μs·cm-1和133.84mg·L-1以及189.43μs·cm-1和99.17mg·L-1，与河源区径流离子含量相比，TDS和EC含量存在明显的增长。通过Piper图解法分析，乌鲁木齐河流域中下游径流的水化学类型与河源区径流水化学类型基本一致，表现了整个流域山区径流形成过程存在相似原理。但中上游径流中Mg2+和SO42-离子浓度的比例有所增长，表明乌鲁木齐河流域径流演化过程中，含S矿物的氧化形成的硫酸盐对径流离子组成的贡献率逐渐增加。后峡营地降水中阴、阳离子平均浓度从高至低为SO42-＞NO3-＞Cl-和Ca2+＞Na+＞Mg2+＞K+。阳离子大小排列与地壳中的丰度顺序相似，但Mg+浓度与K+浓度接近，且略大于K+浓度，表明降水中的离子主要受陆源物质控制，但同时也受到局地环境的影响。后峡浅层地下水EC和TDS均值为224.78μs·cm-1和143.86mg·L-1，远大于地表径流的值。通过离子比值分析，得出既有碳酸盐矿物的溶解又有硫酸盐矿物的溶解是地下水化学形成的主要作用。　　 依据乌鲁木齐河河源区和中上游山区流域的连续每次降水中δ18O和δD的实测数据，首次建立了整个乌鲁木齐河流域山区的地区大气降水线(LMWL)，并分析了季节效应、温度效应、高程效应和湿度效应对该地区氢氧同位素的时空分布规律。研究了流域山区降水中过量氘(d-excess)指标的分布规律及其影响因素，结合美国环境预报中心和国家大气研究中心(NECP／NCAR)再分析资料，对研究区大气水汽来源及地表径流组成进行了初步研究。结果表明，无论是夏季还是冬季，乌鲁木齐河流域山区的水汽主要来源于西风输送，在冬季同时受极地气团的影响。依据不同水体中δ18O和δD值存在明显差异的特点，河源冰川作用区两个水文点河水主要受冰雪融水和大气降水的混合补给，而后峡盆地水文点除冰雪融水和大气降水补给外，还依赖地下水的补给。运用质量守恒原理，对河源区两个断面径流的补给组分进行了定量分析，估算出冰雪融水和大气降水对径流量逐月的贡献率。