河川径流是寒旱区居民生产生活用水的主要来源,但其生态环境脆弱,对全球环境变化极为敏感。在全球气候变暖和人类活动加剧的背景下,探讨河川径流的变化特征、控制因子并对其未来变化进行预测,可为寒旱区水资源的管理、生态经济可持续发展等提供重要的科学依据。本文以玛纳斯河源区为研究区,利用实测径流和气象数据及土地利用、植被覆盖、大气环流等数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验、偏相关、小波相干等方法研究历史时期径流变化特征并探究径流变化的影响因素;之后,利用SRM（Snowmelt Runoff Model）模拟河川径流并识别径流组分,探究各径流组分变化的主导因子;最后,对CORDEX-EA-1的5个RCM（Regional Climate Model）的降水、最高温度和最低温度数据进行偏差纠正,输入本地化SRM预估径流的未来变化。论文研究的主要结果如下:（1）探明了1954–2016年玛纳斯河径流变化特征及其主导环境因子。年径流量以0.508×108m3/10a的速度增加,气候趋向于暖湿。导致径流变化的影响因素中,区域环境因子的影响大于全球大气环流因子,自然因素的影响大于人类活动。在区域和全球环境因子中,NDVI和ENSO分别是与径流关系最密切的单因子,NDVI-TMP和ENSO-PDO分别是与径流关系最密切的组合因子。气温升高引起的冰川积雪加速消融是玛纳斯河径流量增加的主导因素,气候变湿带来的水量输入增加对径流变化起次要作用。（2）校准SRM模型并划分径流组分。结果表明SRM模型在玛纳斯河源区有很好的适用性。径流组分识别结果表明融雪径流和降雨径流所占比例分别为42%和33%,说明冰川积雪融水是径流的主要来源。基于偏相关和小波相干分析等方法研究了不同径流组分与环境因子的关系,发现不同径流组分的主导环境因子不同。总径流和降雨径流的主导影响因子是降水,融雪径流的主导因素是PCP-ET0-NDVI因子组合。降水主要在4–6个月尺度上影响径流组分,其他因子主要在>32个月的尺度上影响径流。（3）进行了气候和径流的未来变化情景预估。对东亚协调区域气候降尺度试验项目（CORDEX-EA）的5个RCM进行偏差纠正,分析研究区水文气候变化。结果表明,研究区未来气候整体趋向暖湿,随温室气体浓度增加,降水增幅下降,温度持续上升;所有情景下,年内降水在大多数月份呈增加趋势,冬季温度增幅大于其他季节。研究区未来径流在所有情景下都在增加,径流在春秋季的增幅高于冬夏季,方差比在1月、3月和12月明显高于其他月份。融雪径流和降雨径流变化复杂,融雪径流的比例在未来提升明显、且随温室气体排放浓度增大而增加;RCP4.5情景下降雨径流的比例高于历史时期,而RCP8.5情景下降雨径流占比低于历史和RCP4.5情景。随全球气候持续变化,到本世纪中叶,玛纳斯河流域,冰雪消融增加,降水增幅减少,整体径流增加。年内积雪径流发生时间提前,春季径流增加,春汛风险增大。冬季初雪时间可能推迟,降雪时间可能减少,对于冰川/积雪增长极为不利。若温度进一步升高,玛纳斯河的径流量可能会减少甚至消失。在未来水资源管理中应充分考虑这些情况,尽可能避免水文水资源变化带来的损失。