干旱半干旱区的内陆河流及湖泊是维持当地生产生活和维护流域生态平衡的重要水资源。在气候变化和人类活动的共同作用下,以冰雪融水补给为主的内陆河流域生态系统和水资源将变得更加脆弱和敏感,随着干旱半干旱区人口数量和人类生产水平的提高,绿洲面积不断扩张,水资源消耗量不断提升,并且向地表水系统排入大量污染物质,造成水资源供应紧张和水环境的恶化,已严重制约着我国干旱半干旱区经济可以持续发展。准确剖析气候变化和人类活动对流域水文过程和水环境变化的影响机制,对不同情景下流域水文及水质变化的量化分析,对干旱半干旱区水资源的可持续利用和高效管理都具有重要意义。针对干旱半干旱区水文过程和水质变化预测研究中面临的挑战,本研究以开都河流域为研究对象,通过提取动力降尺度(RegCM4、HadGEM3-RA和SUN-MM5)和统计降尺度(GCMs集合平均)的未来气象数据,并与构建的SWAT模型进行耦合,预测了未来开都河流域的水资源变化。进一步建立了下游灌区的点源和非点源污染数据库,开展流域下游灌区的水环境数值模拟研究。最后根据上游预测的水资源变化情况,以及未来农业生产的发展设置了6种不同的气候变化和人类活动情景,开展下游灌区未来水文和水环境的变化趋势模拟,并剖析不同情境下开都河灌区水环境变化的成因,据此提出相应的治理措施。研究得出主要结论:(1)到本世纪中叶开都河流域比1990～1999年的年均气温高1.1～2.4℃,降水量升高13.6～38.4%。随着气温的升高和蒸散发力的增加,开都河流域的水资源供给可能会减少2.1～22.3%。(2)开都河灌区内非点源污染物的流失有较强的空间异质性,化肥流失是入湖氮磷等污染物的重要来源,2010～2014年年均通过农田排渠进入博斯腾水体的水量、TN和TP分别为4.21×10~8 m~3、773.74 t和15.49 t,分别占到入湖总量的15.71%、24.81%和61.98%。(3)不同气候情景下的水环境模拟结果表明,非点源污染物排放量和降水量的变化密切相关,如在开都河的径流量减少10%,降水量增加20%的情景下,TN和TP的排放量分别增加9.56%和35.65%。农业生产方式调整的情景中,通过施肥减少20%,灌溉效率提高17%,可以使TN、TP削减14.49%、16.03%,农田排水增加4.77%。情景模拟结果表明在气候变化与人类活动的双重影响下开都河灌区未来的来水量将减少,非点源污染物的排放有升高的趋势,但是通过改善农业生产方式,灌区内的水环境仍然可以得到有效的控制。