干旱沙漠区，绿洲与荒漠是一对典型的、相互对立的生态系统，地下水在这对生态系统中起着关键性的调控作用：地下水水位过低，河水断流、植被退化，进而导致土壤沙化；地下水水位过高，潜水蒸发加剧，不仅加大水资源的流失，并导致土壤次生盐渍化，进而使生态环境趋于更为脆弱。因此，如何合理地控制地下水水位埋深成为沙漠区地下水开发利用的关键问题。以新疆皮山河下游沙漠区新建绿洲为例，在开采地下水进行绿洲建设的过程中，通过地下水水位埋深的调控，在有效保护和改善现状生态环境的前提下，研究地下水合理开发利用方案，确定绿洲建设方式与规模。在充分收集、整理现有水文、气象、地质及水文地质等的基础上，明确需补充的地球物理勘查和水文地质工作；根据区域含水层空间分布与地下水补径排特征，在综合现有少量的水文地质钻探和地球物理勘查成果的基础上，概化研究区水文地质条件，建立水文地质概念模型和相应的地下水水流数值模型；依据地下水水位动态监测资料，对数值模型进行识别，以此进行开发利用条件下地下水流场的模拟预测。拟建水源地附近分布有野生柽柳林，是该区最重要的生态防护屏障，为保障柽柳林正常生长，避免野生植被的破坏导致生态环境进一步恶化，也为了防止咸水入侵、沙漠后退，以地下水水位埋深为约束条件，考虑开采井空间布局及灌溉回归入渗，设计了6种开发利用方案，并预测了各方案未来20年地下水流场的变化。预测结果表明：在富水区非均匀布井、增加柽柳林附近的灌溉强度，降落漏斗范围最小，在柽柳林附近引起的降深值在6.25m左右，比均匀布井减小了2.09m，比无灌溉回归入渗减小了1.05m。皮山河洪水期多出现在每年的6~8月份，因流量较大、河道较浅，向沙漠区径流过程中，多以面状形式蒸发耗散，地下水接受补给时间较短，水资源利用效率低。为提高沙漠区地下水的补给水量，提出开挖河道、筑坝等工程措施，若河道内水位抬高1m，入渗补给量增加343.83×104m~3/a，比现状年增加18%左右。干旱沙漠区绿洲化过程中，地下水补、径、排条件等是绿洲水源的基础条件，生态环境是绿洲的屏障条件；合理的地下水开发利用方案，是沙漠绿洲可持续发展、生态环境良性循环的根本。