我国水资源匮乏,人均水资源占有量较低,水资源的不合理开发或过度利用加剧了该形势,甚至破坏了当地的生态与环境。大力发展节水农业,提高水资源利用效率,实现水资源可持续利用,是缓解我国水资源短缺局面的重要途径。河套灌区位于我国西北干旱、半干旱地区,缺水尤为严重,发展节水农业势在必行,但随着节水灌溉规模的加大,地下水补给量减少,一定程度上导致地下水位埋深下降,不仅会影响地下水的动态与均衡,也会降低地下水对作物耗水的贡献。因此,开展地下水位埋深预测和不同节水情景下非充分灌溉制度优化研究,对水资源开发利用、节水措施选择、提高水资源利用效率和效益、保障农业可持续发展、维护生态环境等,均具有一定的现实与指导意义。论文以河套灌区解放闸灌域为研究对象,针对未来的一段时间内,水资源相对短缺、土壤盐渍化和荒漠化问题,构建地下水位埋深预测模型和灌域非充分灌溉制度优化模型并探讨其求解方法。主要研究内容和成果如下:(1)地下水位埋深预测模型。根据地下水位埋深影响因素的统计分析,选择引黄水量、降水量、排水量、蒸发量和地下水位埋深等为输入变量,分别构建了多变量时间序列CAR模型、BP神经网络模型和改进GABP模型;预测了解放闸灌域2012年逐月地下水位埋深,3种模型预测结果纳什效率系数NSE分别为0.887、0.883和0.911,偏差百分比PBIAS分别为-0.2%、5.5%和 4.7%。(2)改进粒子群算法(PSO)。分别采用线性递减惯性权重、收缩因子、变异因子、收缩因子与变异因子结合、线性递减惯性权重与变异因子结合的方法改进基本PSO算法,并采用Sphere、Griewank和Rastrigrin三种函数对各种改进算法进行性能测试。结果表明,收缩因子与变异因子结合的改进算法和线性递减惯性权重与变异因子结合的改进算法具有更高的计算精度。(3)灌域非充分灌溉制度优化研究。构建了基于地下水位埋深预测的灌域非充分灌溉制度优化模型,以灌域内主要作物相对产量之和最大为目标函数,以引黄水量、作物种植面积、地下水位埋深等为约束条件,分别采用动态规划法和改进粒子群算法进行计算;确定了不同灌溉水利用系数、不同井渠面积比、不同引黄水量组合情景下灌域主要作物不同生育期的最优灌水定额、逐月灌溉水量最优分配方案和地下水位埋深变化过程,以及不同节水情景下的节水潜力,为远景解放闸灌域节水规划与用水管理提供参考。(4)不同节水情景下灌域非充分灌溉节水潜力分析。考虑灌溉季节地下生态水位的控制要求,在现状井渠比情况下提高灌溉水利用系数,解放闸灌域实施非充分灌溉时最大节水潜力为3.4亿m3,此时灌溉水利用系数为0.55,引黄水量为9.5亿m3,主要作物相对产量之和为2.859,灌溉季节最大地下水位埋深为2.50m;在现状灌溉水利用系数情况下调节井渠比,灌域实施非充分灌溉时最大节水潜力为2.9亿m3,相应的引黄水量为10.0亿m3,当井渠比由1:25提高至1:5,主要作物相对产量之和由2.232提高至2.619,灌溉季节最大地下水位埋深为2.50m。