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青海湖是我国最大的咸水湖，在国际上久负盛名。由于亚洲中部气候暖干化，青海湖不断萎缩，尤其是最近40年来，青海湖水位每年下降的平均速度近10cm。这一问题受到了人们的普遍关注，同时水位下降和人类活动的加剧也出现了一系列生态环境问题。在未来几十年，甚至上百年里，气候变化和人类活动将对流域水文过程产生怎样的影响？青海湖水量水位变化到底有多大？这一问题对青海湖流域社会经济可持续发展具有重要的意义。因此建立合理的湖泊流域水文模型，模拟预测气候变化和人类活动对青海湖流域径流和水位变化的影响，对于制定流域长期水资源开发利用战略和生态环境规划目标十分重要。
本研究从气候变化和人类活动双重胁迫对流域径流量和湖泊水量(水位)影响出发，在广泛收集流域自然和社会经济资料的基础上，根据流域和湖泊水热平衡关系，把分布式流域水文模型与湖泊水量平衡模型结合起来，建立了青海湖流域水文模型。模型综合考虑了流域地形、土壤、植被、土地利用等自然地理要素的空间变异性以及人类活动对流域水文过程的影响。
为了满足分布式水文模型对数据精度的要求，结合青海湖流域的实际情况，改进了SWAT模型的空间插值模块，该模块利用带有高程校正的距离平方反比法对极端气温和降水进行了空间插值处理，并引入降水概率解决降水插值过程出现的虚假插值等问题：针对流域一些气象站点缺测数据较多的情况，利用多状态马尔科夫过程改进了天气生成器的降水模块，提高了数据插补精度。这种以改进的SWAT模型为基础，结合湖泊水量平衡模型所建青海湖流域水文模型，具有流域尺度动态模拟功能，借助于该模型，可做流域对于气候变化和不同土地利用方式的长期(多年)影响的模拟试验，非常符合本文的研究目标。
依据自然地理要素的空间差异性，将青海湖流域离散为62个子流域和155个水文相应单元。利用构建青海湖流域水文模型，模拟了流域近几十年的径流和湖泊水位变化过程，并通过模拟建立了流域最近20年的湖泊水量平衡关系，重现了青海湖从1981年至今湖泊逐步萎缩的过程。在此基础上讨论了陆地和水面蒸发、土壤水文等时空演变特点和规律。定量分析了气候波动和土地利用对径流变化的相对贡献。结果表明，气候因素对径流变化的相对贡献占80％以上，而土地利用所造成的径流变化占20％。在20世纪80～90年代，气候变化仍是青海湖流域径流变化和湖泊水量变化的最主要影响因素。为了探讨流域水文过程对气候(气温和降水)的敏感性，利用假定的气候情景，即不同的水热组合进行了敏感性试验。在降水量变化相同的条件下，随着温度的升高，气温对湖泊蓄水量的影响是逐渐减弱的：在温度变化相同的条件下，随着降水量的增加，降水对湖泊蓄水量的影响是逐渐加强的。
为了考察未来几十年气候变化对青海湖流域水文过程的影响，基于国际上近年来对GCM预测情景输出结果的降尺度理论，本研究使用主分量分析和最优回归相结合的方法，建立了青海湖流域统计降尺度模式。并根据MPI模式输出的SRESA2未来大尺度气候情景，得到了流域未来50年的气候变化情景。计算结果表明，未来50年流域的气温将增加1℃，降水将增加30％以上，流域的气候将会变得湿润。在此气候背景之下，流域的径流将会增加23％左右；青海湖水位的未来变化将经历缓慢下降、逐渐回升、稳步升高三个阶段：在2010年以前，水位缓慢下降，湖泊水量收支基本是亏损的；2011年至2018年左右，由于湖泊水量收支出现盈余，水位逐渐回升至20世纪末的高度；2018年以后，由于降水的增加，水位一直处于稳步上升状态，到2030年，湖泊水位将达到3195.4米左右，高出目前水位约2.2米，湖泊恢复到了20世纪70年代初的水平：2031-2050年湖泊水位仍有可能继续处于上升趋势。这一结果将会大大缓解流域水资源危机，改善周围生态环境。