我国西北大部分地区地处干旱半干旱区，区域降水量少而集中，蒸发量大是水资源短缺的最重要自然因素。因此，有效利用山区的产流量同时减少平原区的水资源的蒸发消耗量，对于缓解社会发展对水资源的需求，维持生态系统的稳定都具有重要的科学意义与现实意义。本文以乌鲁木齐河流域乌拉泊洼地为研究区，从水资源循环演化着手，立足于地表水地下水联合利用的思想，以满足水资源的供需平衡为前提，采用系统科学的方法和地下水模拟技术，研究了建立地下水库代表平原浅地表水库的水资源开发利用模式。在分析长时间序列径流特征与区域水文地质条件的基础上，总结了研究区水文循环规律；明确了水资源开发利用存在的问题；在分析地形坡度、土壤类型、地下水位埋深、含水层介质和含水层渗透性的基础上，采用专家打分法与GIS技术，确定了地下水人工补给最佳区域；建立了地下水数值模拟模型，在人工控制补给区与补给过程的方案基础上，模拟了三种人工控制入渗方式的地下水系统的变化，并对比三种条件下的区域蒸发量、泉水溢出量、地下水储存量的变化等特征，确定人工补给最佳方案。研究得出的主要结论为：现有以人工引水渠道和平原水库等为主体的水资源的开发利用模式，是造成区域地下水补给量减小及生态环境退化的重要原因。研究区6~9月份约有1.3×108m3/a的剩余水量，是增加补给地下水的重要资源。优先补给区段与备选补给区段位于河谷中，长度分别为6.4km、7.2km，河道宽度1km左右，补给区面积分别为5.0km2，5.5km2，总面积约为10.5km2。现水资源开发利用模式下，地下水储存资源量将年均减少0.08×108m3/a；在三个人工控制补给方案中，最佳方案为以大西沟水库作为调蓄水库，并在不同时段与选定区进行补给，地下水储存量年均约增加0.67×108m3/a，泉水溢出量年均增加约0.02×108m3/a，地下水蒸发量年均增加0.01×108m3/a。该项研究可为我国西北广大干旱半干旱地区水资源的开发利用提供借鉴。