气候变化和人类活动对北方灌区水循环产生着重要的影响，地下水作为灌区水循环的重要组成部分，其水位动态既是地下水循环对变化环境响应的必然结果，在一定程度上也反映着灌区水循环的健康与否，直接影响着灌区水资源的高效安全利用。因此，研究变化环境对以地下水为核心的灌区水循环的影响，对认知灌区降水、地表水与地下水之间的转化规律，促进灌区水资源的可持续开发利用具有重要的理论意义与应用价值。本文在总结、归纳前人研究工作的基础上，选择陕西省宝鸡峡灌区为研究区，运用实际调研、水均衡分析与统计模拟计算相结合的方法，研究了变化环境对灌区地下水循环的影响，探讨了灌区水资源可持续利用的适应性对策。获得了以下主要研究结论：（1）概化了灌区水循环系统，通过对降水、地表水与地下水之间的转化关系的分析，认为渠井结合灌区水循环主要体现在一定降水条件下，地表水与地下水之间的转化，因此，研究以地下水为核心的灌区水循环，即地下水循环能够认知灌区水循环规律；在此基础上，从地下水系统与外部环境的角度，识别了影响灌区地下水循环的主要因子有降水、蒸发、渠首引水、地下水开采。（2）运用滑动平均值法、线性倾向估计法、Mann-Kendall法对灌区1981~2010年降水量、蒸发量、渠首引水量、渠井用水比例、地下水开采量进行年际、年内变化特征分析。结果表明：近30年来灌区降水量总体呈现下降，且波动变化，具有年内分配不均、年际变化大的特征；灌区蒸发量呈波动上升不显著趋势；黄土台塬区林家村渠首引水量基本保持稳定，渭河阶地区魏家堡渠首引水量呈缓慢上升趋势；灌区地下水开采量呈下降趋势，渭河阶地区地下水开采量大于黄土台塬区地下水开采量。（3）依据水量均衡法，分析计算了灌区不同频率代表年的地下水循环要素，平水年（P=50%），降水入渗补给量、渠系渗漏补给量、田间灌溉入渗补给量、井灌开采回归补给量分别占总补给量46%、35%、16%、3%；枯水年（P=75%）分别占45%、37%、13%、5%；特枯年(P=95%)分别为35%、42%、19%、4%；以上计算数据表明，平水年、枯水年与特枯水年补给量依次减小，分别为3.4亿m3、2.8亿m3、2.76亿m3；排泄量依次增大分别为1.4亿m3、1.8亿m3、2.4亿m3，反映出了降水、地表水灌溉及地下水开采对灌区地下水循环有着重要的影响。（4）基于灌区变化环境下地下水循环要素的分析，建立了灰色模型、BP人工神经网络模型和灰色神经网络模型，用三种模型对灌区地下水位埋深进行了模拟和检验，计算精度分析表明，各自的平均相对误差分别为2.01%、1.54%和0.45%，因此，认为基于灰色神经网络的地下水位埋深模拟模型，可以用于变化环境对灌区地下水位动态影响的模拟研究。（5）根据灌区变化环境因子的变化趋势，设置了气候变化情景及人类活动改变情景，基于灰色神经网络模型对两种情景下14种方案的灌区地下水位埋深进行了模拟及分析。结果表明：降水量减小幅度越大，地下水位埋深下降也愈大，即降水量分别减小1%、3%、5%情况下，灌区地下水位埋深变幅分别为+0.01m、+0.03m、+0.06m，而地下水位埋深的变化率依次为0.002%、0.148%、0.267%；在灌溉需水量一定的情况下，渠井灌用水比例越高，地下水位埋深减小越明显，基于地下水位埋深变幅最小的原则，确定了不同频率水平年灌区适宜的渠井灌溉用水比例，平水年（P=50%）为2.9左右，枯水年（P=75%）为3.1左右。