随着全球的飞速发展,越来越多的行业和部门需水量剧增,导致了水资源量急剧减少。水资源不足会引发环境、资源、粮食和金融市场的潜在危机,影响国家和地区的发展。在我国,农业用水量占比大,因此水资源不足将会影响农业的发展与粮食安全。山东省是粮食大省,农业用水量在全省总用水量中占比较大,会直接影响农产品的经济效益。通过研究农业用水过程中涉及的作物需用水过程和田间合理输配水过程,进行多个过程的用水优化调控,对增加粮食产量,提高水资源利用率具有重要意义。本文以山东省桓台及县内典型井灌区为研究对象,在基于田间作物蒸散发,不同灌水方案产量的分析下,首先通过SWAP模型对灌区内的典型粮食作物冬小麦-夏玉米进行生育过程的优化配水,建立用水优化模型,以此为依据,结合非线性规划和动态规划原理,结合当地可用地表水、地下水量,将不同降雨年型的可用水量分区分配,对井灌区水资源的田间用水过程及不同单元的用水分配过程进行调控。为桓台县井灌区农业用水高效利用提供了参考方案和技术支持。主要研究内容和结果如下:(1)对2017-2019年田间试验数据进行分析,可得:桓台冬小麦生育期最优灌水总量为500mm,夏玉米为450mm,过量水分并不能提高产量,反而会抑制作物的生长;小麦在苗期,拔节期和灌浆期灌水有利于提高产量;夏玉米的产量形成关键期为抽雄期,在拔节、抽雄和灌浆期合理分配灌水量有利于夏玉米的生长;(2)应用农田水分运移模型SWAP对田间试验进行了模拟,采用2017年田间数据对模型进行了率定,2018及2019年数据进行检验,模拟结果较好,能够反映不同灌水情况及降雨年型下的冬小麦夏玉米产量的变化情况:得出不同降雨年型冬小麦和夏玉米的最佳灌水总量及生育过程内用水的优化结果;结合模型拟合出两种作物的水分生产函数,为建立用水优化调控模型做基础;(3)以灌区总效益最大为目标,对于农业用水中不同作物间的水量分配过程和不同灌区子单元的水量分配过程建立了优化调控模型,利用大系统分解协调原理进行求解,将桓台县总的农业用水量进行不同降雨年型的优化;并选取当地典型井灌区为研究对象,在净效益最大的情况下,利用模型进行用水量的调控,得出适用于灌区作物生育期内配水、不同作物配水及灌区内子灌区的配水。通过优化,丰水年井灌区的净效益提高了67%,用水量与现状年相比减少了21%;平水年净效益增加51%,用水量减少了12%。为桓台井灌区的农业节水灌溉提出相应的建议。