水资源成为一种日渐匮乏的自然资源，需要提出新的科学而高效的管理方法，能够反映水资源的整体性，能够完整描述水分循环的陆地阶段、水质、水量和生态的信息。水文模型是真实世界的概化，目前它正从集总式向分布式方向发展。由于自然在地理空间上的变异性，同时因为观测数据的缺乏，而造成了水文模型的再现和预测水文过程的局限性。因此利用分布式水文模型研究水文过程是当前研究的热点，探讨水文过程发生、发展的空间变异性也是当前的难点之一。　　 本研究选择开都河流域为研究区域，开都河是塔里木河的主要源流之一，它起源于尤尔多斯盆地，盆地垂直自然带以高山草甸带为主要特征，它地形复杂、局地气候多样，部分高海拔地区常年积雪，该区域对研究高山、高寒带的水文形成过程具有很好的代表性。本文结合流域单元的定点观测与小流域的水文观测信息，应用小波功率谱、非线性Volterra系统控制理论、小波变点理论、相关分析等，采用GIS(GeographicalInformation System)空间分析技术，分析了水在大气、地表、土壤等不同介质中的时空运动变化特征，并构建分布式水文模型，对不同空间尺度、取样尺度和参数尺度下的尤尔多斯盆地水转化特征进行了研究。通过研究得到了以下主要结论：　　 (1)在研究区内，地形对降水量的分布具有重要影响，但它对径流量的影响不如降水量明显，同时对土壤中非饱和水的分布也影响不大。高海拔山区，大气都处于较高的能量状态，且对流和湍流过程较强，有利于降水的形成。　　 (2)降水和径流变化经Hinich检验均为非线性过程。利用Haar小波和Morlet小波分析降水与径流之间的非线性关系，结合功率谱方法分析二者的时空响应特征都具有较好的效果。运用非线性理论的二阶Volterra系统控制方法也可以较好的模拟降水与径流之间的非线性变化关系，通过该方法及相关因子关联分析，可以实现降水、水文地质参数等的有效空间化。　　 (3)运用MIKE SHE/MKE11的耦合模型模拟了三种空间尺度(7 km2、6600 km2和22000 km2)的水文过程变化，结果表明，地表水对地下水的补给变化与洪峰的出现相一致。地表坡面积水一般沿着沟谷的方向，而且平均地势低的地区高于地势高的区域。从补给量来看，盆地中央要高于四周高山。随着尺度的增大，表现为地表水向地下水的转化强度增大，地表水减少。　　 (4)应用变异系数对降水、径流的时间尺度，以及径流的三种不同空间尺度(7km2、6600 km2和22000 km2)的稳定性进行分析发现，降水.径流的波动性都表现为小时>日>月>年的规律，这在一定程度上也说明了随着时间尺度的缩短，其线性性越弱。在空间尺度中，随着尺度的增大，径流的日波动性也随之增大，而在以月和年为单位的变化中，则没有这种变化关系。　　 (5)研究区内，在400 m×400 m到2000 m×2000 m的网格尺度之间，随着网格尺度的增大(地表分辨率的降低)，地表平均起伏度逐渐增大。土壤类型和植被类型具有随网格尺度增加而逐渐趋向均一化的趋势，即所占比例大的类型有随着网格尺度的增加而比例减少的趋势，所占比例小的类型有随着网格尺度的增加而比例增加的趋势。　　 (6)随着网格尺度的增大，模拟的地表水流将逐渐增大，而地下水流将减少。随着时间步长尺度的增大，地表水流有逐渐减少的趋势，而地下水流将增加。当误差迭代控制参数大于0.001的时候，整个模拟结果明显偏大，从绝对误差值来看，当误差迭代控制参数等于0.005时，精度最高，而后随着精度的降低误差也明显增大。　　 (7)在应用分布式水文模型水文过程中，运用均一化的地表参数可能低估地表径流量。　　 通过开都河流域的水文循环过程研究，揭示了高山草甸带山区的小流域水文过程转化规律，以及不同尺度之间的变异特征和转换手段，为进一步研究开都河下游径流动态具有重要意义。同时也为研究干旱区水文发生过程提供参考。