水资源高效利用对于保障粮食安全，促进水资源可持续利用具有非常重要的意义。水资源配置、水文模拟在流域水资源高效利用方面具有重要作用，但由于环境要素存在巨大空间差异，大部分概念性、系统响应水文模型不能很好地反映水文水资源要素在空间上的变化。分布式生态水文模型一方面精确刻画流域的空间异质性，另一方面也详细描述不同环境条件下植被动态与水文过程的互馈，可用于模拟预测流域水文过程和水资源的变化，是流域水资源综合管理和高效利用的重要工具。　　本文以子牙河流域为研究对象，通过分析流域径流的变化过程，分离出气候变化、人类活动对近几十年来径流变化的相对贡献;以遥感植被指数为基础，详细分析了植被动态变化过程及其驱动要素，并通过遥感信息与生态水文模型（VIP模型）的同化，反演了玉米关键光合参数（表观量子效率α）的空间格局，依此构建春玉米水分生产力函数;构建了基于遗传算法的流域农业用水优化配置模型，结合VIP模型模拟的地表水资源量，以流域农业效益最大化为主要目标，探讨了流域农业用水管理对流域粮食产量、径流的影响，评估了不同供需情景下流域农业用水配置效益，实现了子牙河流域水文-水资源-农业效益综合模拟。　　本文主要结论如下:　　1)1956-2013年，子牙河流域年径流呈显著下降趋势(P＜0.05)，其中8月份下降趋势(-0.185mmyr-1)最大。受气候变化和人类活动影响，年径流量在1979年左右发生了突变，两者对径流减少的相对贡献分别为48％和52％。　　2)2001-2012年，大部分农田生长季NDVI呈上升趋势，但并不显著。通径分析结果表明降雨量增加是上游植被绿度增加的主要原因，尤其是7-9月降雨的增加。温度的升高不利于植被的生长，但生长初期（4月）增温有利植被生长，4月温度上升1℃将使自然植被生长开始时间提前2天。除草地外，月NDVI对温度或降水的响应都存在明显滞后性。　　3)结合遥感信息和VIP模型，以县级尺度的春玉米统计产量为桥梁，构建了MODIS-NDVI与C4作物关键光合参数（表观量子效率α）的经验关系，获取了子牙河流域春玉米表观量子效率的空间分布，并以此为基础，利用VIP模型模拟揭示了春玉米产量、灌溉量的空间分布特征。子牙河流域春玉米所需灌溉量多年平均值为50-150mm，区域平均值为110mm。定襄、原平地区作物灌溉充足(＞120mm)，产量高于7000kg ha-1，阳泉灌溉不足70mm，作物产量低于5000kg ha-1。鉴于灌溉量与作物产量的关系存在较大空间差异，在子流域尺度上，利用VIP模型模拟分析了春玉米产量与灌溉量关系，不同灌溉量下冬小麦夏玉米产量的响应，建立了区域尺度子牙河流域主要农作物的水分生产力函数。　　4)以现状典型年为例，在牺牲一定农业用水公平性及城市生态需水的情况下，农业用水优化配置可使上游产量较高的子流域单元农业用水减少，上游出口径流量增加5％。在灌溉水利用系数提高28％，下游有南水北调水量情况下，丰水年流域水资源将盈余18％，各子流域单元农业用水、城市生态需水可得到满足。对平水年和枯水年，流域水资源将亏缺8％和26％。枯水年下游高产区灌溉水分利用效率比平水年高50％，导致农业用水优化配置后枯水年粮食产量增加幅度(7％)大于平水年(1％)。　　水资源优化配置是实现水资源高效利用的重要途径。基于流域生态水文模拟，准确反映环境要素空间异质性对地表水资源、作物产量、作物需水的影响，依此进行农业用水优化配置，可使枯水年情景下流域粮食产量增幅较大。本文基于流域生态-水文-水资源管理的互馈关系，提出了变化环境下流域水资源管理的新思路，为流域水资源的高效利用和农业的可持续发展提供了科学决策依据。