水资源稀缺是干旱、半干旱区最严峻的资源问题，与经济发展、生态安全息息相关，并在很多地区影响到社会稳定与经济发展，因此是学术界研究和讨论的热点。干旱区地表水匮乏，地下水在水资源中尤其具有重要的意义。长期以来由于对地下水缺乏系统科学认知，导致盲目过量开采地下水，出现区域地下水位大幅度下降、水质恶化、生态环境退化、土地沙漠化等严重环境问题看，因此对地下水循环和演化过程的认识亟待加深。近年来水化学、同位素和遥感等诸多方法在地下水的研究中发展迅速，模型的模拟和耦合研究也得到深入发展，但基于循环演化过程的地下水更新能力与可持续性研究却较少涉及。　　黑河流域是我国第二大内陆河流域。区内气候干旱、降水少、水资源紧缺，生态环境十分脆弱，在西北干旱区具有典型的代表性。黑河干流张掖盆地是典型的干旱绿洲经济，也是整个流域水分的主要消耗区域。在近五、六十年来，以农业为主的张掖盆地内人口快速增长，经济快速发展，水资源的过度开发利用导致了盆地内及周边区域生态环境的日益恶化，表现为地表径流锐减、地下水水位下降、草场退化、天然绿洲萎缩乃至消失、土地沙漠化迅速发展、极端灾害天气增加等现象，并且导致了流域中下游的用水矛盾。因此细致地认识黑河干流中游地区地下水资源的形成演化规律及其更新能力，不仅是水资源学科一个具有挑战性的科学问题，也对我国干旱区水资源合理管理、使用和可持续发展具有重要的科学价值。　　本文在借鉴前人的相关研究基础上，收集张掖盆地水文地质、气象、水文、遥感和社会经济等资料数据，以地下水水流模拟和溶质运移模拟为主要研究方法，运用成熟的数值模拟程序Visual-Modflow和MT3DMS，对张掖盆地地下水系统的演化、更新进行了细致地数值模拟，并对现状下张掖盆地地下水在未来气候变化和人类活动影响下的演变做了预测，得到以下主要结论:　　(1)张掖盆地具备典型的内陆盆地地下水流特征，含水层结构复杂，地表水和地下水转换频繁，且近年来水均衡总体为负均衡。张掖盆地内广泛分布第四系松散孔隙水，受地质构造、地形地貌和沉积条件的制约，自南而北沉积物颗粒渐细，地下水位埋深逐渐变浅，富水性渐弱，含水层由南部单一的潜水含水层，向北逐渐过渡为具有统一水力联系的双层或多层结构的潜水—承压含水层系统。模拟结果中地下水水头值变化范围在1268m-1502m之间，地表水和地下水转换频繁，地下水整体上以水平运动为主、垂向运动为辅，流向以WN—N为主。在张掖盆地地下水系统补给项中，模拟期十年间河道渗漏补给占总补给量的29.3％，渠系渗漏补给占总补给量的28.6％，田间灌溉渗漏为22.3％，河道、渠系和田间灌溉渗漏是张掖盆地地下水系统的主要补给来源，降雨和侧向补给对地下水补给的贡献较少，总共不足20％。在排泄项中与地表水的相互转化量为108.04×108m3，所占比重最大，为总排泄量的63.84％。研究区模拟期十年内的地下水系统总补给量为153.33×108m3，总排泄量为169.22×108m3，均衡差为15.89×108m3，为负均衡，平均每年亏缺1.59×108m3。在模拟期地下水水位虽有不同的年内波动，但整体上变化的趋势是水位逐渐降低，总体为负均衡。　　(2)张掖盆地的地下水年龄介于500-23000年，有较强的异质性，且与地表水的转化密切相关。对地下水年龄的计算结果显示，研究区地下水年龄最小的潜水其年龄小于1000年，位于祁连山山前冲积平原下的砂砾卵石含水层;靠近民乐部分地下水其年龄在1000-2000年之间;盆地中部地下水年龄因地表水系补给的强弱存在明显差异，西半端的地下水年龄较年轻，基本都在2000-4000年间，而东半端都在4000年以上;在盆地末端，水力坡度平缓，含水层渗透性弱，水流缓慢，因此地下水年龄可以达到6000年以上。两层承压含水层中地下水年龄显著大于潜水含水层，最下游区第二承压含水层中地下水多由10000年前进入含水层的水经漫长时间赋存运移形成。运用地下水年龄于地下水的更新能力的评价，地下水的更新能力为上游地区＞中游地区＞下游地区;浅层含水层＞次深层含水层＞深层含水层。浅层地下水抽取后能在较短时间内通过地表水体的补充得到更新，深层的地下水其形成与转化往往耗费4-6千年乃至更多时间，在盆地下游地区深层地下水的过多开采将可能透支地下水资源的可持续发展能力。　　(3)设置不同的人类活动方式和气候情景对未来的地下水演化趋势做了模拟，水均衡的结果显示集约发展将是必然的选择。对未来人类活动不同模式影响下地下水演化趋势的模拟结果显示:在粗放发展模式下，原本呈负均衡的地下水动态将加剧发展，即使在丰水年，水量也亏缺5×108m3左右，这将引起严重的水资源危机并威胁到下游地区的可持续发展。在维持现状发展模式下这种水资源负均衡也将持续并发展，水资源负均衡在丰水年有所缓解，为4.44×108m3左右，而在枯水年份，水量亏缺也高达9.51×108m3左右，且呈逐年加剧之势。如果实施集约的经济发展模式，研究区水资源负均衡的现状将逐年好转，在丰水年，2030年前即可实现水量供需平衡，不再欠账;在平水年可在2040年左右改变研究区每年的水量负均衡状态。不同气候变化情景下对地下水演变趋势的模拟结果显示:地下水水位变化幅度在冷干情景下变幅最小，几乎不显著;冷湿的趋势下地下水水位将大幅回升;气候转向暖干将会大幅加剧目前人类活动影响下地下水位不断下降的趋势。在未来气候变化中，对地下水水位的动态变化影响而言，气温要素要大于降水因素。未来研究区的地下水演化，将在气候变化和人类活动的共同影响下发展，而目前气候变暖的趋势下气候变化对研究区的地下水的影响将是加剧负均衡方向的演化，因此集约发展的经济模式将是必然的选择。