流域水循环受气候因素和人类活动的双重影响,不断演变,影响着生态环境,进而又影响着人类活动。在水资源紧缺的干旱内陆河流域,人类活动对水循环的影响十分剧烈,日益显著,有时甚至起主导作用,进而产生一系列水文-生态-经济-社会的系统响应。传统的水资源开发利用由于缺乏对流域这种系统响应的规律认识,缺乏对生态、环境、社会和经济用水的协调统一,常常引起河道断流、湖泊萎缩、湿地消失、绿洲退化以及上下游用水矛盾等问题,严重制约着可持续发展。论文以我国第二大内陆河黑河为例,从流域水资源开发利用实证分析出发,利用地表地下水模型研究中下游水循环演变过程,揭示其对人类水资源开发利用活动的响应规律;进一步通过优化模型,研究现状水权框架下的流域适宜的水资源调度方案,以期为干旱区流域可持续管理提供方法根据和方案支撑。论文首先回顾了黑河流域水循环及其演变历史,根据历史数据的统计分析和检验,初步识别流域的人类活动和水权分配对水循环演变的作用;其次,通过耦合地表水循环模型WEAP和地下水流数值模型MODFLOW,构建黑河流域中下游全境的水循环模拟模型,并对黑河流域中下游的水循环变化进行历史反演和未来情景模拟,分析人类活动和水文变化的影响;然后,进一步通过含水层渗透系数的蒙特卡洛随机模拟,研究含水层非均质性对河流-含水层相互作用的影响规律,揭示含水层非均质性对地表地下水交换的影响;在地表地下水模型的基础上,结合数据统计分析和数据挖掘技术,分析了黑河干流水文对不同水资源调度方式的响应,分析了西枝讨赖河水系不同水资源开发情景的影响;最后,构建综合水量水权目标和时间水权调度方式的混合整数优化调度模型,研究分析了在黑河干流水量水权分配和时间水权调度混合水权框架下的水量优化调度方法,提出了较为优化合理的水资源调度方案。论文综合历史数据分析、数据挖掘、地表地下水模拟模型和水资源调度优化模型等方法,发展了流域水循环演变和水权调度管理的研究方法,对于揭示类似干旱内陆河流域的演化和治理策略具有重要指导作用,对于水资源的可持续利用和生态保护具有积极意义。