现有的水资源日益短缺,用水矛盾突出,极大程度地限制了农业生产,研究确定有限供水条件下作物合理的灌水时间及灌水量(即灌溉制度)是提高水资源利用效率,增加农业生产效益的重要措施。根据山西省水资源分布、土壤情况以及气候条件,将山西省分为大同区、忻州区、晋中区、长治区、吕梁区、临汾区和运城区等七个研究区。本文以冬小麦复播玉米和春玉米为研究对象,选取土壤水热动态运移模型和作物生长模型,对土壤温度、水分动态和产量进行了模拟,以净效益最大为目标,分析提出了全省分区经济灌溉制度,给出了相应的经济灌水下限和动态灌水下限。主要研究结论如下:(1)选取春玉米和冬小麦复播玉米试验数据(2015-2017年),利用水热耦合模型及PS123作物生长模型对作物水分及产量进行了模拟计算,率定了模型参数,土壤含水率模拟值和实测值间拟合效果较好,相关系数R值可达0.869,一致性指数达0.81;PS123作物生长模型参数率定的结果较好,其地上部分干物质模拟值和实测值的相关系数R值可达0.966。模型参数检验的结果也较好,土壤水热模型参数检验结果的相关系数R值可达0.820,一致性指数达0.84;PS123作物生长模型参数检验结果的相关系数R值可达0.7861。结果表明,本研究采用的土壤水热模型及PS123作物生长模型合理可行。(2)以山西省七个分区的代表站长系列(1954-2017年)潜在蒸发量和逐日降雨量为依据,采用作物系数法计算了冬小麦复播玉米和春玉米生育期灌溉需水量,据此进行了频率分析,确定了5种典型年(5%、25%、50%、75%和95%)。(3)针对不同典型年某一灌溉供水量进行灌溉制度优化,由于作物需水量、产量计算的复杂性,灌溉制度的优化属于非线性规划问题,以相邻两次灌水时间7天为最小间隔,采用穷举法进行了不同供水量条件下灌水时间的优化计算,在此基础上,以单位面积净效益最大为目标确定了分区作物的经济灌溉制度。(4)基于数值模拟方法将农田土壤水热耦合模型与作物生长模型有机结合,分析确定了山西省现状典型种植作物春玉米和冬小麦复播玉米不同水文年的经济灌溉制度及其灌水下限值;作为探索性研究,相应地分析给出了适用于限量供水灌溉的动态灌水下限值。(5)本文在水热耦合模拟的算法上做了改进,针对分层土壤直接利用非饱和达西定律,以时段初和时段末水分通量平均值建立水量平衡方程,由此解出时段末的分层土壤含水率,以此进行迭代计算,避免了利用土壤水分运动基本方程的差分和三对角方程的求解,更容易理解和进行算法构建。同时,本研究建立的是逐日表示的灌溉制度,该结果可用于分析确定不同作物生育期内的经济灌水下限和动态灌水下限。