本文从区域尺度出发，在GIS的支持下，以河北省南部的平原地区81个县为研究对象，借助于数学模型，从农作物空间布局调整的角度来研究农业节水潜力。主要结论如下： (1)本文在采用灰色预测模型的基础上，进一步采用狄色局势决策模型，把大田的主要作物作为研究对象，综合考虑了农作物空间布局调整的各个主要目标(耗水量、生产成本、生态服务功能等)，对该区域的农作物空间布局的调整指出了方向。主要结果表明：①小麦应该选择一些水资源相对丰富，其综合效果测度相对较高的地区种植，例如太行山山前平原的小麦高产区藁城、辛集、栾城等地区，其次为黑龙港地区；②蔬菜的产量高，其综合效果测度较高，但基于蔬菜的耗水量大、受市场因素影响等的现实，选择水肥条件较好的区域适当种植，例如可选择辛集、栾城、藁城等地区适当种植；③扩大黑龙港平原地区的泊头、深州、武强、南皮等的棉花种植；④玉米是主要的杂粮作物，虽然综合效果测度不高，并且地区间差异不明显，但是在黑龙港地区夏季推广棉花的前提下，建议扩大在太行山山前平原种植。 (2)灰色局势决策模型仅指出了作物空间布局的方向，无量化结果，所以本文继续采用灰色系统理论作为指导，建立两个模型：①维持目前各种农作物的产量，进行作物空间布局调整，使得农作物的总耗水量最少；②保证各种农作物的产量不低于目前水平的87.5％，抛荒比率控制在12.5％以内，适当种植其它节水的经济作物牧草等，目标函数为农业用水最少和经济总产值最大。根据实际的粮食安全的风险不同，模型1得到小风险的农作物空间布局方案1和大风险的农作物空间布局方案2，方案1的节水潜力为5.29％，方案2的节水潜力为10.58％；模型2的较优解为经济增长10％，节水潜力为8.48％。从这几个定量化的研究结果表明，目前该地区有着区域化种植的趋势，主要表现在以下3个种植带：①在太行山山前平原沿京广线一带以小麦、玉米为主的两熟种植带，其中正定、栾城、高邑、新乐、鹿泉、蠡县、永清、辛集等地有扩大蔬菜的种植的倾向；②黑龙港地区以小麦、棉花为主的种植带，主要分布在京沪线及邯郸的东南部；③牧草主要种植在沧州一带。