虚拟水是相对于实体水而提出的水资源管理新理念，它改变了以工程性治水为主的传统思路，提出采取产业结构调整和商品贸易等途径，通过减少或者购买高耗水产品，从根本上解决区域水资源短缺问题。虚拟水理论源自国外，兴起时间较短，引进我国较晚，目前尚处于理论研究初步阶段和实证研究探索阶段，对国内水资源管理政策影响不大，现有研究存在诸多不足。本文研究受国家自然科学基金项目资助，基于虚拟水理论，运用改进后的农业、畜牧渔业和工业产品虚拟水含量计算方法，以及虚拟水贸易和水足迹计算原理，对农产品、蓄牧产品、工业产品单位生产所消耗的水资源数量进行了研究，报告了主要产品虚拟水的产出、消费和净出口情况，进行了现状年和目标年的对比、分析和预测，建立了基于虚拟水的水安全评价模型和水资源承载力模型，分别运用AHP法和TOPSIS模型法对水安全和水资源承载力进行了综合评价与分析。根据评价结果，结合实证研究，运用DEA法对区域水资源配置方案进行了评价与优选，最后给出水资源可持续利用的对策建议。论文的主要研究工作和结论如下:　　1.改进虚拟水含量和贸易量计算传统方法。建立了基于双作物系数的农产品虚拟水计算方法体系，建立了适合我国国情的动物产品、工业产品和林地产品虚拟水含量计算方法体系，明确了水足迹和虚拟水贸易量的计算方法。　　2.进行虚拟水含量计算与分析。利用CROPWAT软件和双作物系数法公式，计算了主要农产品的虚拟水含量、工业产品虚拟水完全耗水系数，并参照相关资料确定了畜牧渔产品虚拟水含水量。结果显示:虚拟水“水量”非常巨大，远远超出人们的预期。比如:生产1吨农产品所消耗的水资源量，小麦需要1000吨，玉米1200吨，水稻高达2000吨;生产1公斤粮食需要用1000升水来灌溉，1公斤牛肉需要消耗1.3万升水。据此推算，近几年我国每年“北粮南运”的粮食约1400万吨，相当于把140亿立方米的水从干旱的北方运到富水的南方。　　3.利用层次分析法建立水安全评价模型，并进行实证研究评价。基于我国现状发展模式，选取涉及饮水安全、主粮安全、水质安全、生态安全等水安全问题评价指标，采用AHP法，把影响水资源可持续利用的因素分成三层13个具体指标，构成指标体系。然后运用改进的AHP模糊综合评价法，对现状年和预测年水资源安全情况进行分析评价。结果显示:影响水资源安全的最大因素是人均水足迹，其影响权重高达0.26。人均水资源数量、主粮安全系数、水资源依赖指数、主粮自给率和水资源压力指数所占影响权重分别为0.16、0.12、0.11、0.09、0.07,上述6项指标权重和为0.81，它们直接决定着水安全状况。　　4.根据水资源优化配置理论，利用TOPSIS方法建立基于虚拟水的水资源承载力模型，评价水资源承载能力。综合考虑水资源数量、质量及开发利用程度、生产力水平、消费水平和结构以及人口等因素，构建水资源评价指标体系，分别建立基于TOPSIS的相对承载力模型、基于虚拟水和水资源最优配置的极限承载力模型。结果显示，经过运用频度分析法和理论分析法筛选，建立水资源承载力评价指标体系后发现，其指标之间是一个相互作用的、庞大的复杂系统，用一个数学模型进行最优化技术求解非常困难，并且也难以准确反映承载能力的大小，因此必须建立基于多目标分析的极限承载力模型进行求解。而且，单纯的自然承载力评价方法不能全面反映水资源承载状况，必须基于自然——社会二元水循环机理，建立基于TOPSIS的水资源承载力模型对水资源可持续状况进行评价。　　5.结合实证研究，利用DEA分析方法，对不同产业系统方案进行评价，为区域产业系统调整的方案选择提供实践参考。根据实证研究结果，利用协同学原理和数据包络分析两种方法，基于系统协调和效益最大原则，建立了基于协调度和DEA效率的产业系统方案优选模型。据此，提出保障区域水资源可持续发展的最优方案，并给出相应的政策措施建议。优选方法和结果:设定规划年2020和2025年在75％降雨频率水文年下的5个产业结构调整方案，计算各方案的投入产出情况，然后代入基于协调度和DEA效率的产业系统方案优选模型，根据DEA效率计算结果和可持续性综合评价因子计算结果，经过分析得到各年的优选方案，从而优选出规划年的产业结构调整方案。得出:2020年优选方案为方案4，2025年的优选方案为方案5。