由于人类活动主导下自然气候和土地利用的快速变化,指数增长的水需求和日益不确定的水文状况,对全球干旱半干旱地区水系统的可持续性无疑构成了极大的挑战。由于黄土高原处于干旱半干旱区,生态环境十分脆弱,加之植被覆盖度不断增加,社会经济发展水平不断提高,水资源供求矛盾日益突出,对其进行量化评价是一项十分必要的工作。本研究以黄土高原典型小流域——南小河沟流域为研究对象,基于实测的水文、气象、土壤、土地利用等资料分析了 1981～2017年南小河沟流域气候变化特征和人类活动过程,采用以MIKESHE模型为内核的绿水研究框架,提出了流域绿水组分新的划分方法,首次定义了理论绿水开发潜力和适度绿水开发潜力两个概念,对研究时段内的绿水潜力进行了评估。预测了未来不同情景下的气候变化和土地利用格局,对未来不同时期典型水文年的绿水潜力进行了挖掘,以期为流域水资源管理规划的制定和水资源困局的解决提供科学参考。研究的主要结论如下:（1）运用线性回归法及改进的Mann-kendall趋势检验法分析了 1981～2017年南小河沟流域降水、气温、潜在蒸散发情况。研究发现流域年降水量表现为不显著的增加趋势,多年平均降水量（1981～2017）为506.9mm,变差系数（Cv）为0.21;年平均日最低气温、日最高气温、日平均气温和潜在蒸发量都有明显的上升趋势。多年平均日最低气温、最高气温和平均气温分别为5.4℃、14.4℃和9.3℃,流域1981～2017年潜在蒸散发的平均值为1174.0mm,变差系数Cv为0.07,各年代际1981～1989、1990～1999、2000～2009、2010～2017 年的均值分别为 1091.3、1184.6、1207.4、1211.9mm,Cv分别为0.06、0.06、0.03、0.04。采用启发式分割法研究得出:流域在研究时段内,年降水量、多年平均日最低气温、最高气温、平均气温和潜在蒸散发都发生了一次变异,变异点分别为2000、1997、1994、1997和1994年,资料序列均不满足一致性假设。（2）1981～2017年南小河沟流域的平均绿水资源总量为419.5 mm,约合1.52 × 107 m~3,其中高效绿水、低效绿水、未利用绿水资源量分别为164.5、199.8、55.2 mm,占绿水资源总量比例分别为39.2%、47.6%、13.2%,在该流域中,绿水总量是指总的绿水资源和无效绿水,绿水总量为426.4 mm,无效绿水所占比例仅为绿水总量的1.6%。高效绿水的占比显著增加,低效绿水、未利用绿水和无效绿水都表现出减小趋势,前两者显著减小,无效绿水的减少趋势则并不显著。变异点诊断结果显示,四种绿水组分均未出现变异,资料序列符合一致性假设。流域年理论绿水开发潜力为1.2~6×10~6～3.61×10~6m~3,年适度绿水开发潜力为-1.85×10~5～21.65×10~5m~3。适度绿水开发潜力在1985、1986、1995、1997、1999、2006、2008、2009、2016年这9个年份里均为负值,这说明这几年中适度绿水开发潜力已经透支。（3）未来情景下,流域在丰水年高效绿水资源的数量为257.9～299.8mm,低效绿水为182.7～270.2mm,未利用绿水为33.6～99.7mm,无效绿水为7.2～8.3mm。在不同的气候条件下,高效绿水资源在各个阶段均呈现出丰水年＞平水年＞枯水年,而低效绿水则是在平水年最大,大小关系为平水年＞丰水年＞枯水年;从变化趋势来看,随着时间的推移,绿水占降水量的比例总体上在增加,高低效绿水的量随着时间和空间布局的变化也是在增加,未利用绿水的数量在丰水年基本是保持一个平稳的态势,无效绿水量的变化也在1.2mm变化范围内波动,呈平稳趋势。流域近期（2022～2039年）、中期（2040～2069年）、长期（2070～2099年）的理论绿水开发潜力在丰水年、平水年、枯水年分别为35.7×10~5～39.1×10~5、24.3×10~5～29.5×10~5、15.1×10~5～18.1×10~5m~3,适度绿水开发潜力在未来三个典型水文年分别是21.2×10~5～24.6×10~5、9.8×10~5～15.1×10~5、0.7×10~5～3.6×10~5m~3,理论绿水开发潜力和适度绿水开发潜力都表现为丰水年＞平水年＞枯水年。总体来看流域未来理论绿水开发潜力和适度绿水开发潜力相比基准期都是增加的。