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农业是我国的第一产业,是支撑工业、服务业等其他产业的重要基础,为经济社会运行输送原始的生产资料,农业用水的供需平衡决定着经济社会的稳定运行。黑龙江省作为我国重要的粮食生产基地,但水资源分布与粮食生产力格局的不相匹配,致使水资源利用效率低下。近年来,黑龙江省为增加粮食产量,经过持续高强度的开发种植,严重影响当地农业的可持续发展。将联系经济生产与水资源有效利用的主要评价指标—灌溉水利用效率进行科学地评价与分析,在此基础上,开展灌区农业种植结构优化的调控策略,可以在高农作物产出和高经济回报的基础上,有效实现水资源优化配置、农业可持续发展,具有现实意义。为推动水资源高效利用与农业经济可持续发展,本研究以粮食主产区黑龙江省24个大中型典型灌区为研究对象,对灌区灌溉水利用效率内涵进行深度解析,开展灌溉水利用效率的相关研究,探索灌溉水利用效率最优评价模型,解析其驱动机制,并初步探究其适应性调控策略。在此基础上,选取其中15个灌区,进一步开展灌溉水利用效率约束下灌区农业种植结构优化研究,确定灌区农业种植结构最优格局。为全省农业稳步、均衡发展奠定理论基础。本研究主要结论有以下几个部分:（1）在灌区灌溉水利用效率内涵深度解析的基础上,充分考虑影响灌溉水利用效率的众多因素,结合黑龙江省灌区实际情况,从自然条件、生态环境、管理水平、工程技术以及农业经济5个维度选取可能对灌区灌溉水利用效率产生影响的指标,建立了包含48个灌区灌溉水利用效率评价指标的初选指标数据集。为避免初选评价指标间存在信息重复和冗余问题,采用基于累计信息贡献率-R聚类-灰关联优势分析-变异系数分析的指标筛选方法,共优选出20个评价指标,最终通过40.67%的指标反映了90.33%的原始信息,使优选评价指标信息更加简约明确。在此基础上,对比分析前人研究成果以及熵值法优选的指标,确保了本文构建的评价指标体系合理可靠。（2）为获得更精确的灌溉水利用效率评价结果,运用BP神经网络、极限学习机（ELM）模型对灌区灌溉水利用效率进行评价,同时引进乌鸦搜索算法（CSA）与蜘蛛猴优化（SMO）算法优化ELM模型。建立BP、ELM、CSA-ELM以及SMO-ELM四种评价模型对灌区灌溉水利用效率进行评价,分别分析灌区灌溉水利用效率空间变异特征,并通过模型的性能及各模型评价结果的稳定性厘定最优评价结果。结果表明:所构建的四种模型评价结果略有差异,但是空间变异特征仍出现一致的变化规律,并呈现一定的区域差异性特征,研究区东部灌区的灌溉水利用效率整体优于中西部;评价等级较高的Ⅳ～Ⅴ级灌区多分布在研究区的东部,评价等级较低的I～II级灌区多数临近松花江干流。为进一步评定这四种评价方法的优缺点,通过比较BP、ELM、CSA-ELM以及SMO-ELM模型的决定系数R~2、均方误差MSE、相对误差MAPE、分类准确率Accuracy等统计指标,SMO-ELM模型分别为0.9999、4.33×10-10、0.00039、99.8%,远优于其他三种模型,验证了SMO-ELM模型具有最优的合理性与优越性,通过复杂性理论分析验证了SMO-ELM模型评价结果具有最优的稳定性,最终以SMO-ELM模型的评价结果为最优评价结果。（3）基于SMO-ELM模型的评价结果,运用皮尔逊相关系数法识别了引起灌区灌溉水利用效率差异化的主要驱动因子,解析其驱动机制,同时初步探究了适应性调控策略。此外,为检验皮尔逊相关系数法识别关键驱动因子的准确性,对比分析主成分分析法的识别结果。结果表明:渠系水利用系数是引起其空间差异化最主要的驱动因子,皮尔逊相关系数为0.788,百分占比为12.164%;地下水平均埋深为相对最不重要的驱动因子,皮尔逊相关系数为0.044,百分占比为0.679%。渠系水利用系数、蒸发量、农业商品产值能力、泡田定额、水稻播种面积占比为影响灌溉水利用效率最重要的驱动因子。自然维、管理维、技术维对灌溉水利用效率的影响较大,生态维、经济维对灌溉水利用效率的影响相对较小。通过主成分分析法识别的关键驱动因子验证了皮尔逊相关系数法识别结果的可靠性。结合关键驱动因子提出加强工程建设以及种植结构优化调整等初步针对性调控策略,进而有效提高灌区灌溉水利用效率。（4）考虑灌区灌溉水利用效率的关键驱动因子,构建灌溉水利用效率约束下的灌区种植结构优化模型,利用MOEA/D算法对社会经济效益、生态效益及水资源效益进行多目标函数求解。结果表明:研究区在2025年将水稻、玉米、大豆的种植面积调整为115275.8hm~2、28598.7hm~2、19249.6hm~2时,社会经济效益、生态效益（衡量）及水资源效益分别为0.6688×10~4元/hm~2、0.2826、0.9280kg/m~3,较现状年有较大的提高;研究区在2030年将水稻、玉米、大豆的种植面积调整为113548.8hm~2、27063.1hm~2、17518.3hm~2时,社会经济效益、生态效益及水资源效益分别为0.7493×10~4元/hm~2、0.2971、0.9582kg/m~3,较现状年有较大的提高;研究区在2035年将水稻、玉米、大豆的种植面积调整为111012.3hm~2、26165.6hm~2、20952.2hm~2时,社会经济效益、生态效益及水资源效益分别为0.7861×10~4元/hm~2、0.3189、0.9707kg/m~3,较现状年有较大的提高;将种植结构优化方案与国家及地方政府政策对比分析,验证了灌区农业种植结构优化方案的合理性与必要性。