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黄河源区自然地理条件复杂，是黄河水资源的主要来源地之一，近年来面临土地退化、气候变暖、干旱加剧、冰川萎缩、湖泊水位下降等一系列生态环境问题，多年平均径流量呈现减少趋势。论文选择黄河源区为研究区，应用分布式水文模型SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)和大气环流模型(GCMs)相耦合对研究区径流量进行模拟，预测未来不同气候情景下的径流量，并分析其空间分布，为流域水资源管理部门提供决策依据。
论文首先采用1960～2001年黄河源区至上游兰州站23个气象台站的气温、降水、日照时数和蒸发量4个气候要素的资料，用非参数统计检验方法(Mann-Kendall法)分析了主要气候要素的长期变化趋势。结果表明，42年来全区平均变暖0.76℃，降水量、日照时数和蒸发量平均减少了17.89mm、125.6h和161.3mm；用距平曲线法分析了气候变化的阶段性特征；用滑动T检验法(MTT法)、Yamamoto法和Mann-Kendall法对5年滑动平均的区域季节和年时间序列进行突变检测，讨论了研究区的气候变化问题。MTT法的检测结果表明，气温、降水量和日照时数分别在20世.纪80年代的末期、中期和初期发生了突变，蒸发量除了发生在80年代的突变外，90年代也有一次超过显著性水平1％的突变；Yamamoto法检测结果表明，20世纪80年代的气候突变最为明显，1981年春季蒸发量和1985年的年平均气温均出现了强突变，年蒸发量突变的S/N值的位相明显提前于其它三个气候要素突变S/N值的位相；Mann-Kendall法检测结果表明，各气候要素年和季的突变年份中，气温主要发生在20世纪90年代，蒸发量主要发生在20世纪60年代，日照时数主要发生在20世纪80年代。这一事实也说明检测方法不同，评价结果会存在一定差异。
应用气候—水文耦合模型评价气候变化对水文水资源系统的影响已经引起了广泛的关注。大气环流模式(GCMs)预测的气候变化情景，需要经过降尺度处理得出小尺度上未来气候变化的时空分布信息，才能满足评价气候变化对资源、环境和社会经济等影响的需要。通常基于基础期气候条件应用Delta方法建立未来的气候情景。另外，统计降尺度(SDS)方法也得到了广泛的应用，即分析大尺度气候变量与区域尺度气候变量间的统计关系以创建未来的气候变化情景。论文同时应用Delta方法和SDS方法对黄河源区的降水量和最高、最低气温进行降尺度处理，建立了未来三个时期(2020s、2050s和2080s)的气候变化情景，并比较分析了两种方法的优缺点和适用性。结果表明，未来降水量有一定的增加趋势，但是增幅不大，而最高、最低气温存在明显的上升趋势，且增幅较大。在降尺度方法的应用上，SDS方法存在明显的优势，但同时也存在不可避免的缺陷，因此在实际的气候变化影响评估中，需要多种方法综合比较，以期为决策部门提供参考和依据。
最后，论文将研究区划分为35个亚流域，利用SWAT模型进行径流量模拟。应用模型自动敏感性分析确定了对黄河源区SWAT模型径流模拟最敏感的9个水文参数，由强到弱依次是CN2、SURLAG、TIMP、CHK2、ESCO、ALPHABF、SMTMP、SMFMN、SOLAWC。基于以上敏感性参数，论文对唐乃亥水文站的径流量进行了参数校准(率定)和模型验证。校准期内实测值与模拟值模拟效果较好，R2=0.80，Ens=0.73，验证期内R2=0.77，Ens=0.59，均满足精度要求。研究表明，SWAT模型在黄河源区的应用比较成功，可以很好的模拟河源区的径流量。在基于GCM输出数据降尺度建立未来气候情景的基础上，模拟了未来不同时期15种气候变化情景下的径流量。结果表明，气候变化对黄河源区径流量变化影响很大，而且不同的气候模式和不同的降尺度模式对模拟结果均会产生一定的影响。但是相对可信的统计降尺度情景模拟结果表明，黄河源区未来径流量的减少趋势不可避免，三个时期将分别减少88.61m3/s、116.64m3/s和151.62m3/s。最后应用GIS的空间分析功能，分析了未来气候变化情景下径流深的空间分布以及不同气候情景对径流深空间分布的影响。