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塔里木河流域地处我国西部干旱区，长期以来人类对自然资源特别是水资源不合理的利用与开发，塔里木河出现了水资源短缺、洪水灾害加剧、生态环境恶化的三大主要问题。本文在对干旱区河流的流域特征和水文系统基本特征认识的基础上，分析了塔里木河源流山区水文过程的特征与变化规律，在掌握了水文过程变化规律的基础上，对流域山区的降雨径流过程和河道洪水传播过程的进行模拟与预测。水文系统是一个复杂的巨系统，水文系统的复杂性反映在表征水文变化的各要素的变化中，这使得对水文系统复杂性的研究可以通过对水文过程的研究来得到。水文过程研究包括了径流过程和洪水过程，基于小波变换理论，研究径流过程的复杂性与多尺度特征，通过信息量系数、分维数和Hurst指数表征复杂性特征，多尺度分析中研究径流变化的趋势性、周期性、突变性特征，并对趋势性和突变性特征进行Mann-Kendall非参数检验。在对区域气候和下垫面时空变化规律研究的基础上，分析了气温、降水、蒸发和植被指数NDVI对径流过程的影响。洪水过程分析中选取了流域内212场次洪水，按季节性积雪融化洪水、高山冰川消融洪水、暴雨洪水与冰川湖溃决洪水的来源或成因差异，分析了各类洪水的特征、形成机制及其影响因素。水文过程模拟是以NAM模型模拟降雨径流、MIKE11 HD进行河道洪水演算以及MIKE11 FF用于实时校正，设计了塔里木河流域的洪水预报模式，运用于塔里木河干流入口处洪水预报系统中，对流域内1999年夏季洪水进行了模拟与预测，阿拉尔站的水位和流量模拟过程取得了较好的预测效果。论文的主要结论是：
①塔里木河源流区年径流序列的信息量系数ICF为0.589～0.727，分维数D为1.39～1.48，Hurst系数为0.5271～0.6171各河流径流序列的Hurst均大于0.5，表明径流序列具有长持续性相关结构，在未来的一段时间内年径流量仍将保持增长趋势；多尺度分析年径流序列表明，沙里桂兰克的主周期为21.1年，协合拉为21.1年，卡群为4.9年，玉孜门洛克为16年，乌鲁瓦提为4.9年，同古孜洛克为7年。
②塔里木河源流区气候因子的时空变化规律是：气温的增加趋势显著，年平均气温增加率为0.194～0.386/10a，秋、冬季气温增加率均高于春、夏季气温增加率，在1997年后源流区气温呈整体增加趋势，山区气温增加趋势的显著性高于平原盆地；降雨量在20世纪70年代较60年代少(偏干)，80年代开始增湿，90年代降雨量进一步增加；蒸发量在1997后塔克拉马干沙漠周围地区减少，在源流区中、低山和平原区趋于增加。
③塔里木河源流区冰川积雪水资源非常丰富，具有冰川融水、雨雪水和地下水3种河川径流补给方式，其中昆马力克河、叶尔羌河、玉龙喀什河和喀拉喀什河以冰川融水补给为主，托什干河和提兹那甫河以雨雪水补给为主；冰川与永久性积雪的补给方式使得径流年际变化幅度较小，其变差系数Cv值在0.15～0.25之间；同时冰川冰雪融化量随着气温的升高趋于增加，这是河川径流量多年保持稳定并在近年来略有增长的主要原因之一。月平均径流量随气温的升高呈指数增加，气温对径流量的影响较为显著；植被指数NDVI与径流系数的相关性表明，以冰川融水补给比重越大的河流，NDVI与径流系数的相关性越突出。
④塔里木河自身不产流，主要由阿克苏河、叶尔羌河、和田河补给，其中阿克苏河补给水量占70％以上，阿克苏河-塔里木河已成为相对独立的流域系统。阿克苏河是由托什干河和昆马力克河两大支流汇合而成，对托什干河典型的春季积雪融化洪水和昆马力克河典型的冰川湖溃决洪水进行了重点分析。两大支流的地形地貌特征、水流条件、流域结构与形状等存在着较大的差异，洪水传播过程及特征也有所不同，选取托什干河109场洪水和昆马力克河67场洪水的传播过程进行分析，比较两大支流洪水传播时间(速度)随洪水类型及洪峰流量的不同而变化，洪水系列一致性分析表明自1952年以来人类活动尚未对阿克苏河流域洪水系列一致性产生影响。
⑤流域山区的降雨径流过程和河道洪水演进过程的模拟与预测中，由于塔里木河流域山区融雪对径流补给比重大，采用了含有融雪模块、将流域划分成若干高程带的融雪径流NAM模型，河道洪水演算采取了洪水波演算(Kinematic Routing)法，实时校正MIKE11 FF模型具有对水位过程和流量过程、振幅和相位误差同步进行校正的特点，对流域降雨径流和洪水传播过程的模拟和预测取得了较为理想的结果。