本文以G312黑河大桥河水流量监测数据和各水文站河流量数据以及三维地下水高频监测数据为基础,采用多种方法研究二元模式下的河水入渗机制和地下水溢出规律,定量获取历年河水入渗量和地下水溢出量。采用交叉小波法揭示河水与地下水位、地下水位与溢出量互为激励-响应的联动关系。在黑河中游建立包气带示踪试验场,定量获取大气降水入渗补给系数和灌溉水入渗补给系数。利用遥感技术解译黑河干流人工绿洲和天然绿洲空间分布特征,探索第四纪以来、西汉以来和近60年来三个时间尺度上黑河流域绿洲的演变过程。采用指数加权法定量表达黑河流域西汉至今各个时期的人类活动强度,探讨西汉以来黑河绿洲演变的驱动机制。以黑河干流中游水资源系统结构为基础,构建目标规划模型,获得黑河干流主河道下泄量的主控因素。以不同河道来水量和灌溉定额两种方案进行目标规划预测分析。并取得以下认识：1)黑河干流入渗发生在中游莺落峡—G312黑河大桥河段(转换断面)以及正义峡以下河段。河水入渗量与河道来水量呈幂函数关系。莺落峡—G312黑河大桥河水入渗量年均为5.4×108m3,2001-2013年年均河水入渗量为6.60×108m3,比1981—1999年年均河水入渗量增加了2.08×108m3；正义峡—狼心山河段河水入渗量年均为3.48×108m3,2001—2013年年均河水入渗量为3.51×108m3,比1990-1999年年均河水入渗量增加了0.54×108m3。2)在张掖平原堡建立包气带示踪试验场,选用NaBr作为示踪剂,以水文年为步长,通过投药、取样、测试和数据分析,结果表明：自然降水入渗补给系数为0.09,滴灌入渗补给系数为0.23,大水漫灌入渗补给系数为0.18,滴灌入渗补给系数>大水漫灌入渗补给系数>自然降水入渗补给系数。3)黑河干流地下水溢出发生在G312黑河大桥(转换断面)—正义峡河段,溢出量沿河道分布很不均匀,且以转换断面—唐湾河段溢出最丰。计算得出地下水溢出量1956—2013年平均值为12.60×108m3,呈丰—平—枯—平交替变化。4)采用交叉小波分析河水入渗量、地下水溢出量与地下水位以及各含水层之间地下水位的相关性和时滞特征。结果表明：离黑河的距离越大,地下水位滞后于河道入渗量的时间越长。离黑河干流的距离越大,溢出量相对于水位动态的滞后时间也越长。地下水溢出量滞后于河水入渗量3.53-4.46年。5)从空间上来看黑河绿洲主要位于黑河干支流两岸,并沿着河流和渠道向四周扩张；从时域上来看,黑河人工绿洲演变呈现减小—慢速增大—急剧增大的趋势。从西汉到清朝中期,人类活动强度较弱,自然条件是绿洲演变的主要驱动力,从清朝中期至今,人类活动强度不断增大,特别是近60年来,人类活动强度急剧增大,已经成为绿洲演变的主要驱动力。6)以水资源系统结构为基础,构建中游张临高灌区目标规划模型,得出黑河干流河道下泄量变化主要受莺落峡来水量、渠道引水量和大桥—唐湾段的地下水溢出量共同影响的结论。通过不同来水量和不同灌溉定额两种方案的模拟分析得出通过中游灌区节水技术是保障中游人工绿洲以及正义峡下泄量的重要且有效的途径之一。