本文围绕再生水灌区水资源高效利用关键技术，重点开展了再生水灌区安全利用技术研究、再生水灌区多水源联合调度技术与方案研究，通过再生水灌区再生水灌溉安全性分析、灌区地表水地下水污染物时空分布规律，明确了灌区地下水补给特征和典型污染物迁移规律，通过构建灌区灌溉决策模型和多水源联合调度模型，研发灌区水资源与水环境综合管理平台，重点解决北方典型再生水灌区高效灌水制度、多水源联合调度方案制定等技术难题，成果在北京大兴南红门灌区得到示范应用，覆盖耕地面积20万亩，灌区实现年利用再生水1.15亿m3。本研究主要内容包括：　　⑴通过监测再生水的主要水质指标，得出再生水中盐性、碱性、重金属、有机物、病原微生物等水质指标符合农田灌溉水质标准GB5084-2005。再生水灌区地表水化学类型为Na+-Ca2+-SO42-.HCO3-型水，明显具有高pH值、高电导率、高矿化度、高盐度等特征。灌区地表水盐分离子主要来源于再生水，使得灌区水体具有较高的Na+、SO42-比例，蒸发结晶作用是控制该区地表水化学组成的主要气候因素。再生水灌区内地下水主要为Ⅱ～Ⅴ类水体，Ⅱ、Ⅲ类水主要分布在灌区的西北部以及西部部分区域，其中Ⅱ类水占整个再生水灌区面积的1.48％，Ⅲ类水占22.40％;Ⅴ类水主要分布在通州东部以及西南部部分区域，约占整个再生水灌区面积的0.74％，其余地区的地下水体为Ⅳ类水，占整个再生水灌区面积的75.39％。地下水污染物含量年际变化表明历史污水灌溉和城镇化是造成地下水污染物超标的主要原因，再生水灌溉条件下污染物有减少趋势，基于同位素技术量化灌区地表水补给地下水过程，灌区地下水同位素空间分布从西北向东南逐渐贫化是由于地表水对地下水补给逐渐减弱造成。　　⑵构建了基于叶面积指数计算和土壤含水量模拟的作物灌水决策模型，可预测大田作物灌水量和灌水时机。模型基于HIMS水循环模拟系统，以水循环和水平衡为基础，模拟冬小麦和夏玉米作物叶面积指数变化过程，耦合作物系数方法量化作物耗水过程，基于制定的作物灌溉土壤含水量的上限和下限，预测作物灌溉时间和灌溉水量。模型验证使用北京市水科学技术研究院永乐店试验站大田试验测坑中所测得的2004年6月-2008年9月3茬冬小麦和3茬夏玉米的灌溉试验资料，通过参数率定，模型预测土壤蓄水量相对误差为5％-17％，模型能够比较好的预测作物生长季作物土壤湿度变化过程。基于模型制定的作物灌溉制度同生产实践也比较吻合，且通过设置不同灌溉土壤含水量上下限分析不同情景下灌溉用水量，为制定作物节水灌溉制度提供依据。　　⑶针对再生水灌区水资源开发利用的特点，构建了再生水灌区多水源联合调度的模型，实现了模型的多目标模拟算法。再生水灌区经过多水源调度，特枯水年(P=95％)再生水利用率为100％，枯水年(P=75％)和平水年(P=50％)再生水弃水量分别为1016万m3和1635万m3，比调度前3个典型年灌溉利用再生水量分别增加了2141万m3、2625万m3、3359万m3。通过多水源调度，平水年地下水资源可以得到有效补给实现供需平衡，枯水年和特枯水年地下水超采量分别为436万m3和2006万m3，比调度前分别减少1586万m3和1102万m3。　　⑷研发了大型灌区水资源与水环境综合管理平台，用于北京市大兴区南红门灌区水资源与水环境综合管理，系统是基于BS模式开发，用户可实现远程维护和操作。系统以HIMS模拟系统为核心，通过灌溉决策模型实现灌区灌溉水预测，平台功能主要包括灌区基本信息、灌区监测信息、灌区水量管理、虚拟仿真、报表中心以及系统管理等。