随着经济发展和居民生活质量提高,区域水资源供需矛盾不断加剧。在变化环境影响下,分析水资源系统演变规律和预测未来需水变化是必要的。因此,论文以黄河流域为研究对象,对流域及流域内主要省区用水结构的演变特征进行分析,进而研究物理机制在需水过程中的作用,探究影响流域各行业需水的主要驱动因素,构建具有一定物理意义的各行业需水模型。在此基础上,建立考虑物理机制的需水预测系统动力学模型,对黄河流域未来各行业需水进行情景预测分析。主要研究内容如下:（1）构建用水生态位模型,分析流域及流域内主要省区用水结构的特征及变化趋势。黄河流域的农业用水生态位最大但呈现波动减少趋势,工业用水生态位次之且其变化趋势为波动且有所下降,生活用水生态位与城镇公共及生态用水生态位相对较少但皆有不同程度的增长趋势。进而分析对比黄河流域和发达国家的用水结构生态位,在此基础上提出相关建议。（2）对需水过程中的物理机制进行综合分析。利用灰色关联方法分析各行业需水的驱动因子,结果表明,物理要素是影响各行业需水的关键要素,而水价机制与工业、生活需水的关联度较高。综合考虑物理要素和其他影响要素的作用,分别采用彭曼公式法、多元线性回归模型、家庭用水行为模型建立农业、工业和生活需水模型,模型可以反映各行业需水的变化趋势,且平均绝对百分比误差均小于10%,可以用于后续的需水预测研究。（3）将水资源系统划分为供需、经济、社会、气候和生态环境五大子系统,定性分析了各子系统的组成结构,定量研究了系统成分间的因果关系,构成了水资源巨系统的多重反馈回路,分析了水资源各子系统中多要素胁迫及多因子驱动的关系,在此基础上,综合多要素反馈胁迫,考虑物理机制在农业、工业和生活需水过程中的作用,建立了考虑物理机制的水资源系统动力学模型。（4）根据水资源系统动力学模型,预测现状延续、生态优先、超常节水、综合调控和经济发展五种情景下黄河流域的需水演变情势。未来黄河流域的生活、生态及三产需水量逐年增加,工业需水量呈现先减后增的态势,农业灌溉需水量呈下降趋势;情景四（综合调控情景）统筹协调生态、经济社会发展和水资源管理的关系,可作为需水推荐方案;该情景至2030年,流域农田灌溉需水量下降至286.1亿m~3,工业需水量达91.3亿m~3,生态需水量保持增长,达31.13亿m~3,总需水量为511.2亿m~3,缺水量为18.38亿m~3。