本研究以华北平原典型的冬小麦-夏玉米两熟制耕作系统为背景，以水资源可持续利用为目标，应用中国科学院禹城试验站1999-2001大田试验及2002-2003水肥耦合观测场实验资料，确定农业生产系统模型（AgriculturalProduction System Simulator，APSIM）的参数并验证其在华北地区的适用性。以北京和济南近40年（1961-1999）的气象数据为基础，利用验证后的模型分析华北平原冬小麦-夏玉米连作系统的产量潜力及水分满足率；依据两地的气象资料绘制降水保证率曲线，划分了降水年型，针对湿润年、正常年和干旱年的不同水分状况结合作物各生育阶段的耗水量和水分敏感指数，设置高、中、低水处理，每处理组中设7种不同的灌溉方案（湿润年每组4种），以灌溉水分利用效率（IWUE）和经济许可的IWUE值对APSIM模型的模拟结果进行优化筛选，最终制定出适宜本区的“环境效益优先”和“经济效益优先”最优灌溉策略。保证作物在不减产或少减产的条件下通过节水灌溉使水分利用效率增加，充分挖掘有限水资源的增产潜力，可以在未来环境恶化导致干旱加剧时，为华北地区建立既节约灌溉用水又实现高产稳产的农业技术体系提供一定的理论参考。APSIM模型调试和验证的结果表明：禹城1999-2000和2000-2001大田试验的叶面积指数、生物量、土壤含水量模拟结果的平均误差（NRMSE）分别为27.61％、24.59％、7.68％和32.65％、35.95％、10.26％；2002-2003高水和低水处理的叶面积指数、生物量模拟结果的平均误差分别为17.03％、15.42％和20.10％、23.00％。生物量的模拟值和实测值拟合较好，决定系数均达到0.85以上。结果表明APSIM模型模拟生物量有较好的准确性，土壤水模拟值和实测值趋势一致，对叶面积指数模拟误差稍大。北京和济南地区冬小麦-夏玉米平均光温生产潜力分别为24600.33 kg·hm^-2和22901.90kg·hm^-2，变异系数分别为8.48％和7.98％；雨养产量分别为12415.65kg·hm^-2和11456.79kg·hm^-2，变异系数分别为34.09％和33.48％；京济两地水分满足率均值分别为0.511和0.504，变异系数分别为35.51％和33.25％。经过对不同降雨年型模拟结果优化筛选，干旱年型中，以冬小麦灌拔节水+抽穗水+灌浆水，单次灌水量80mm，夏玉米灌拔节水+抽雄水或拔节水+抽雄水+灌浆水，单次灌水量50mm，总灌溉额340-390mm为“环境效益优先”最优设置；以冬小麦灌底墒水+拔节水+抽穗水+灌浆水，单次灌水量80mm，夏玉米灌拔节水+抽雄水+灌浆水，单次灌水量50mm，总灌溉额470mm为“经济效益优先”最优设置。正常年型中，以冬小麦灌拔节水+抽穗水或拔节水+抽穗水+灌浆水，单次灌水量60mm，夏玉米灌拔节水+抽雄水，单次灌水量30mm，总灌溉额180-240mm为“环境效益优先”最优设置；以冬小麦灌拔节水+抽穗水+灌浆水，单次灌水量60-70mm，夏玉米灌拔节水+抽雄水，单次灌水量30-40mm，总灌溉额240-290mm为“经济效益优先”最优设置。湿润年型中，由于单位水量的增产效率不能达到经济许可值，故不再进行灌溉。