基于全球气候变化及其对区域气候和水文水资源带来重大影响这一事实，本论文以塔里木河流域为研究区域，以水源构成为主线，以径流各组分构成为研究对象，结合气象水文数据以及水样采集，应用环境同位素技术进行氢氧稳定同位素组成分析并确定河流地表水和地下水来源及水流路径，应用流量分割法对径流进行分割，探讨径流重要组分基流和冰雪融水对气候变化的响应过程。　　通过以上研究发现:　　(1)位于地区降水线LMWL上方的数据主要代表了来源于冰雪融水的流域中上游地表水，冰雪融水的补给导致同位素的贫化;位于地区降水线LMWL下方的数据主要为地下水或者湖水，发生同位素分馏;位于地区降水线上的数据表明夏季地表水多来源于降水。温度升高会导致增加冰川融化，并因此增加了地表径流和地下水的沿程补给量，同时降水同位素最为富集，而冰融水的同位素是最贫化，而河水的同位素介于降水、冰雪融水和地下水之间。河水主要来源于冰雪融水和降水，山区同位素季节变化不明显，绿洲区季节变化明显。δD和δ18O随着海拔的升高而减少，这主要是因为海拔升高而使得温度降低，从而加速了水汽凝结成雨和同位素分馏，导致降雨蒸发的减少，温度与δ18O和氘盈余存在显著的相关关系，高程和δ18O之间存在显著的负相关关系，而同氘盈余的关系不大。δ18O与温度点之间的线性关系表现为随地形上升而气团冷却上升。　　(2)在气候变化背景下，多年稳定基流指数分别为阿克苏河14.4％，和田河9.3％，叶尔羌河20.5％，开都河32.1％。基流量序列在过去五十年呈现周期性变化，分别为3-5年、10-14年和25年，基流年内变化显著，季节指数分析显示其季节指数最低值出现在每年的12月和1月，之后开始显著增加，至八月达到年内最高值。早年基流平均占河道径流量23.5％--24.5％，雨年基流平均占河道径流量24.5％-26％。四源流在雨季的基径比例普遍比早年的基径比例大，实际结果与理论推测显示相反，这是由于气温升高引起的冰雪融化对源区径流量具有重要的影响，冰川积雪融水也是和田河，阿克苏河，叶尔羌河，开都河径流的一项主要来源，这从一定程度上改变了理论上基流量同降水量的负相关关系。　　(3)冰雪融水的平均百分比为43.97％，在流域下游区的冰雪融水仅占25.96％，在上游区域则高达68.87％;在季节上存在很大差异，从每年的11月到次年1月，冰雪融水比例小于平均值且伴随着大量的降雪，仅占径流量的28.31％;从5月到7月冰雪融水的比例增大，同时伴随着少量降雨，高达60％。上游地区地下水对河水的补给仅占到1％左右，而中下游区域的地下水补给占到46％左右。基流和冰雪融水在出山口以前对河水补给占到了很大一部分，但是在出山口之后地下水对河水的补给比重占大，研究流域不同的水体类型均经历了不同程度的蒸发作用，根据计算得到的年平均地下水补给率为19.8％。流域内山区的水化学类型主要为Ca-Mg-HCO3-SO4类型的水，河水相对于地下水，矿化度相对较低，沿程过程中地表和地下水出现了三次转化关系，经由地下水补给地表水变为相反的情况，这与采样地点的农业用水、生活用水形势强烈相关，表现为地表水和地下水相互转化频繁。　　(4)气温和降水的变化对塔里木河的四源流径流量有较大影响，其中，阿克苏河，和田河，开都河的径流受降水量的正向影响较大，而叶尔羌河的径流受温度的正向影响较大，温度变化对和田河的径流的线性影响非常弱。三源流模型拟合的自变量与因变量之间的密切程度比较理想。径流和基流对气候因素的响应表现不同，气温是直接影响基流丰枯程度的主要气候因素，与基流指数间存在密切关系;温度的升高促使冰川融化，从而增加地下水对基流的补给。四条源流的温度阈值和回归关系，将有助于评估和预测气候变化对径流和基流在该地区的影响。降水既有正面的影响，在不同的季节对基流也会有负面影响。基流对降水的响应具有0至3个月的滞后。　　上述结果为干旱区内陆河流域水资源管理者进行水资源合理配置和科学管理提供了理论依据，有利于干旱区水资源的合理利用。