基于祁连山西段老虎沟流域断面的径流数据与大本营气象站的气象资料，对冰川区径流与气象要素之间的相关性进行了分析，并建立了多元指数非线性回归方程对径流进行重建以弥补缺失径流，此外，对冰川区径流的年际、季节、日尺度的变化特征进行了分析。结果表明：（1）冰川区径流与气温的相关性最高0.86，其次是水汽压（0.81），相对湿度为（0.46），降水量（0.27），径流受气温影响最大。（2）本世纪观测资料显示日平均径流量为2.1 m3·s-1，较20世纪50年代末的1.65 m3·s-1有所增加，主要因消融季气温上升0.75 ℃所致，强消融期（7、8月）径流量的年际变化较大，消融期初（5、6月）和末（9月）年际变化较小。消融期5—9月产流占比分别为5.3%、16.1%、35.1%、37.3%、6.2%。（3）多元指数非线性回归方程可以较好的模拟日径流（纳什效率系数平均为0.70），补充缺失径流后，对于径流的日变化，消融期初和末日变化较小，而强消融期径流的日变化较大。对于径流的时滞效应，老虎沟流域消融期各月径流呈现“谷-峰”的日变化特征，消融期初和末气温达到最大值与径流达到最大值的时间间距较大，而强消融期较小，在消融期初的6月两者相差最大为3 h。明晰冰川融水变化特征对干旱区水资源管理，生态保护及社会经济可持续发展具有重要意义。