作为毛乌素沙地环境敏感区和未来蒙陕能源开发中心区的海流兔河流域受到了多方学者的关注。降水量作为水文循环的重要组成因子,直观地反映了区域水资源的丰富程度,对毛乌素沙地流域水资源的量化及生态环境保护至关重要。同时,蒙陕能源基地作为我国的大型现代化核心整装煤田,具有十分重要的能源战略意义,但该区域集成化采煤模式造成了区域水文系统的破坏,这对水资源相对匮乏的干旱半干旱流域是严重的生态环境危机。而作为新时代可持续发展的重要议题,煤炭绿色开采及生态环境保护具有重大的研究意义。本文以毛乌素沙地中采矿活动较为剧烈的海流兔河流域为研究对象,通过降水变化的周期分析和趋势预测,为该区域以流域为单元的煤水协调开发提供指导;并且,将多矿开采的扰动体系纳入以流域为范围的研究单元内,探讨了多矿联采下流域地下水的响应变动,为日后科学治理采煤影响下的水资源生态问题提供研究思路。本文的主要研究内容及成果如下:（1）收集了流域周边气象站点的降水量资料,采用Moral小波分析、集合经验态分解（EMD）、Holt-Winters模型对数据进行了时间序列分析,最后利用泰森多边形法加权以流域为整体单元,系统研究了其多年降水的周期特征、变化规律以及未来降水趋势的模拟预测,得到了流域以6年和22年为主的干湿周期变化,预测出未来流域降水量将呈波动上升的态势,最终丰富了海流兔河流域的降水研究成果。（2）利用收集的流域地质钻孔资料,基于三维可视化结构软件GMS构建了海流兔河流域的三维地质结构模型,直观地剖析了该流域含水层与其地质特征下煤矿开采的位置关系和水力联系,发现了流域潜水巨厚含水层厚度由南向北逐渐增厚,均厚为250m左右。通过地下水位的空间相关性分析及克里金插值模型的对比研究后,利用克里金指数模型得到了流域的地下水埋深分布,可以发现流域整体的地下水位埋深为0-43m左右,且大部分埋深小于3m。（3）通过以流域为单元的地下水、地表水野外监测和大量的水文地质及矿区资料的收集分析,利用MODFLOW建立了以流域为单元的潜层地下水模型,模拟了2020-2029年多矿联采影响下的地下水响应过程,分析了采煤活动影响下地质破坏对流域地下水的影响机理,就海流兔河流域煤炭开采造成的涌水量损失对水文循环过程的影响进行了讨论。模拟得到了未来10年最大破坏程度所造成的同量级涌水量之下,流域渗漏影响区范围及幅度与煤矿在流域的具体位置密切相关,其中上游营盘壕煤矿中心降幅为5m,流域中游边缘大海则煤矿和下游巴拉素煤矿产生了明显的地下水流场偏移。