本文以西北内陆黑河流域的张掖盆地地下水对气候变化响应特征与机制为主题,以流域水循环理论为指导,应用水文地质学、地统计学和灰色数学专业理论方法以及MapGIS空间分析等技术手段,采用定性判断和定量分析相结合方法,首先,对上游补给水来源祁连山区和地下水赋存地平原区的大气降水、气温、出山径流、地下水位和地下水温度等关键要素多年监测资料进行系统分析和有机相关耦合,包括全面深入踏勘和了解研究区气候、水文、地形地貌、区域地质构造、地层岩性、地下水埋藏条件和水资源开发利用状况,梳理和识别影响研究区地下水变化主要因素及其年内、年际和年代变化规律；然后,量化解析了上游祁连山区气候变化对张掖盆地地下水补给源结构和补给水量变化影响特征,以及识别了人类活动对张掖盆地水循环过程影响的年际和年内变化特征；最后,探讨了张掖盆地地下水变化对气候变化响应非均一性特征和机制。据此,提出了不同气候条件下张掖盆地地下水合理利用与涵养对策。主要成果与创新性认识如下：(1)近30a来研究区气候由冷干向暖湿转变,祁连山区降水量是影响出山径流量和张掖盆地地下水补给量的主要影响因子研究区多年平均气温分别为-0.95℃(祁连山区)和7.59℃(张掖盆地),降水量分别为408.67mm/a(祁连山区)和118.12 mm/a(张掖盆地),气温和降水量的年际波动变化幅度较大,与区域气候变化密切相关。研究区气温呈波动上升趋势,自20世纪60年代至今祁连山区气温累计上升1.48℃,张掖盆地气温累计上升1.33℃,其中4月份和10月份气温升高对年均气温升高贡献率最大,90年代之后研究区气温升高速率明显增加。自20世纪90年代开始祁连山区降水量显著增加,由1991年的311.85 mm/a增加至2009年的502.60 mm/a,平均增速为10.60 mm/a,其中7、8月份降水量增加对全年降水量增加的贡献率最大。由于张掖盆地为干旱区,年降水量不足150 mm,所以,近年来祁连山区降水量增大是张掖盆地地下水位有所恢复的主要原因。出山径流量与祁连山区年降水量显著相关,其双侧皮尔逊相关系数达0.845,并且达到了0.01置信度的显著性水平。而出山径流量与祁连山区气温关联性不大,其双侧皮尔逊相关系数仅为0.306,置信度显著性水平为0.05。这表明,祁连山区降水量是出山径流量变化的主要影响因子。由于出山地表径流是张掖盆地地下水的主要补给源,且出山地表径流量占总补给量的80%以上,因此,根据祁连山区降水量与出山径流的线性回归模型,若不考虑气温和人类活动影响,当祁连山区降水量大于125 mm/a时,每增加10mm/a,出山径流量增加0.40×108m3/a,地下水补给量增加0.34×108m3/a。(2)张掖盆地地下水对祁连山区气候变化的响应具有滞后延续性在时间上,张掖盆地潜水温度最大值的出现,分别滞后于祁连山区和张掖盆地气温、降水最大值2个月；承压水温度最大值,分别滞后于祁连山区和张掖盆地的气温、降水最大值3个月。祁连山区气候变化对张掖盆地地下水温度的影响,具有明显的滞后延续性。在极端干旱、或者极端降水条件下,它们对张掖盆地地下水温度的影响可持续2-3a,承压水温度对祁连山区气候变化响应的滞后延续性更为明显。(3)张掖盆地地下水对气候变化和人类活动响应在空间分布上具有非均一性1984～2009年期间张掖盆地潜水位和承压水头均呈现不同程度下降过程,其中承压水头下降幅度大于潜水位,在空间上地下水位变幅差异较大。距离河道越远,降幅越大：距离河道越近,降幅越小。反之,距离河道越近,上升速度越快;距离河道越远,上升速度越慢。在张掖盆地东南部倾斜平原,由于远离河道带,地下水位降幅最大；在黑河干流带,地下水位降幅较小。张掖盆地的地下水埋藏条件、地形地貌和地表径流条件是地下水位对气候变化响具有非均一性特征的基础,气候变化和人类活动是动因。河渠入渗量减少和水库的大量修建,造成了张掖盆地东南部山前倾斜平原地下水位连续下降。黑河调水方案实施和近年来祁连山区降水量增大,使得黑河干流径流量和河道渗漏量增加,是张掖盆地南部沿河道带地下水位上升的源泉。(4)遵循祁连山区气候周期性变化规律,有针对性适时调控地下水开发利用强度,有利于地下水环境涵养和水资源可持续利用张掖盆地地下水主要依赖祁连山区出山径流水量补给,因此,应遵循祁连山区气候周期性变化规律,针对张掖盆地不同分区地下水埋藏和补给条件,适时调整地下水开发利用强度,合理涵养地下水,开源与节流并举。重视山前戈壁带地下储水空间的调蓄能力,在丰水期强化人工增加地下水补给调蓄,加强浅埋地带地下水开采,袭夺潜水无效蒸发,防降土壤盐渍化。