近年来,人类活动和气候变化使农业水源供需不平衡加剧,这导致农业用水安全问题凸显。灌区农业用水安全源于水资源供给与需求不确定关系的科学认知。灌区作为粮食安全的保障,其农业水资源供需关系对区域经济发展及生态安全具有重要意义。同时,灌溉用水量是指导灌区经营管理的一个重要经济指标,因此,对灌溉用水量的预测可以使水资源在有限的范围内发挥最大的效益。基于灌区水资源供需关系,对灌溉用水量进行科学预测可以为灌区内部灌溉用水量的合理分配及指导灌区农业生产提供科学依据。本文以陆浑灌区为研究对象,对陆浑灌区的水资源供需多时间尺度上的不确定性关系进行了量化计算,并在此基础上,运用协整理论与方法,对灌溉用水量进行预测。主要研究结论如下:(1)运用10a滑动平均及MK检验分析了灌区供需水量1951-2013年的时空变化特征。分析结果表明:近年来,灌区降水量呈先增加后减少的趋势,突变点较多,较明显的突变分别发生在1958年,1981年及1986年;灌区作物需水量序列呈先减少后增加的趋势,突变较少,分别发生在1974年及2012年;灌区灌溉水量呈先减少后增加的趋势,且在80年代之前变化趋势多变,存在较多突变点,较明显的突变年份发生在1979年及1983年。(2)运用小波分析方法对灌区供需水量进行多时间尺度分解,结果表明:降水量的波动周期为2-4年,4-9年,9-12年,及准25年,准30年;作物需水量的波动周期为2-4年,4-7年,8-14年,15-24年及准38年;灌溉水量的波动周期为2-4年,5-7年,8-17年,及准26年。(3)运用集对分析法对灌区供需水量的分解序列进行多尺度集对分析,分析灌区降水量、作物需水量及灌溉水量三者之间的相关性,分析结果表明:降水量与作物需水量在多时间尺度上综合表现为异状态;作物需水量与灌溉水量在较短时间尺度上主要表现为异状态,在较长时间尺度上主要表现为同状态。(4)通过采用三维线性协整方法对陆浑灌区降水量、作物需水量及灌溉水量三者建立线性协整回归方程及误差修正模型,分析结果表明:采用三变量的原始数据进行线性协整模型的建立并进行灌溉水量的预测,预测误差较大,绝对误差高达50%以上;运用小波分解建立的多时间尺度线性协整模型,预测结果相对较好,绝对误差在30%左右,表明线性协整模型对灌区灌溉水量的预测效果总体较差。(5)通过小波神经网络对灌区降水、作物需水量和灌溉水量进行非线性协整建模,研究结果表明:灌区降水、作物需水量及灌溉水量之间存在非线性协整关系,且利用松散型小波神经网络建立的非线性协整模型预测效果较好,对灌区灌溉水量的预测绝对误差基本控制在20%以内。