全球尺度上，灌溉面积占据了耕地面积的20％，生产出～40％的粮食，灌溉引水耗水分别占用了近70％和90％的人类总引水耗水量。这种大范围的从河流、水库和地下含水层调水到灌区的活动显著的影响了自然水文循环过程。在某些区域，这种影响跟气候变化的影响在量级上相当。研究实际的和变化环境下的地表水循环就必须考虑灌溉用水活动影响。　　当前的大尺度陆面水文模型对灌溉过程的参数化描述的不足（例如:灌溉量的给定、取水来源），成为限制采用模型手段描述农田灌溉环境效应的关键问题之一。在美国国家大气科学研究中心(NCAR)最新版本的地球系统模式中陆面模型Community Land Model version4.0(CLM4)其灌溉用水活动过程的参数化表述还存在较大的不足和不确定性。本文紧密结合美国大陆丰富的水文气象和反映人类社会发展水平的观测数据，进一步发展了CLM4模型对灌溉用水活动过程的表达，利用灌溉统计资料和流域径流等观测资料校正模型，使其准确模拟农田灌溉量。结果表明:经过校正后的CLM4其灌溉用水的模拟结果与农业统计资料相比，能准确的模拟灌溉用水量，并能较好的反演其年际变异;同时通过一系列敏感性实验，指出灌溉模拟研究中来自输入数据，模型参数和参数化方面的不确定性。在主要依靠地下水灌溉的地区，显示的表达地下水抽取过程对于准确模拟灌溉对地表-地下水交互影响至关重要。因此，本文进一步发展了操作性强的地下水抽取灌溉参数化方案并耦合到CLM4，并通过获取高精度遥感蒸散发产品和基于Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)地球重力卫星反演的地表总储蓄水量变化数据对比验证模拟结果。结果表明:考虑地下取水灌溉后，模型能更加准确的抓住储水量的季节变化且更加的吻合观测蒸散发;地下水取水灌溉活动与地表取水灌溉在对地表水热通量的影响上量级相当，然而地下取水灌溉对地下水存储以及地下水位的影响更大;根据地下水位的不同，地下取水灌溉使得灌区出现不同程度的地下水耗竭。研究灌溉用水活动的环境效应，必须更加实际的考虑不同灌溉用水来源的影响。　　本文基于中国区域已有水文气象观测数据构建并校正了CLM4在中国大陆的模拟框架，研究了未来气候变化对我国灌溉供水/需水量的影响及其对水循环的叠加效应。本文以IPCC AR5的最新气候情景数据为基础，首先研究了未来气候变化情景下中国自然水文水资源（灌溉供给）的响应特征，情景评估了气候变化下中国水文水资源在流域、区域、全国空间尺度上的年际和季节性的变化特征。结果表明:中国未来气候变化下地表水资源总量将呈现下降趋势，年际变率增加，加剧我国总体水资源的缺乏和中国南北方区域间的水资源失衡，极端水文干旱事件频率和强度将进一步加剧。在上述气候变化对我国自然水文水资源供给影响的认识基础上，着重研究了灌溉需求量对气候变化的响应过程，定量估算了气候变化尤其是气候变率的变化对中国灌溉需求量的影响及引水灌溉的变化对中国水文水资源的“第二次“影响。结果表明:气候变暖下，我国灌溉用水年均需求量将增加32％，且南方增加百分比量要远高于北方;除了气候态的变化外，气候变率的变化对我国灌溉需水量的变率，季节峰值和极端值具有非常重大的影响，如果忽略气候变率的变化带来的影响，未来极端水文干旱事件将会在模拟结果中无法体现。研究气候变化对引水灌溉和水文水资源的影响时，必须考虑气候变率变化的效应。最后，本文以中国华北平原为例，定量估算灌溉引水活动和全球变化对该区域地表水与地下水的影响。结果表明，引水灌溉和气候变化对该区域的地表水热平衡的影响量级相当，然而引水灌溉对该区域的地下水存储和地下水位的影响远高于气候变化的作用。大尺度下的局部气候变化是区域水资源变化的一个诱因，然而，在一定时空尺度上直接影响人类生存环境的具有一定规模的人类用水活动如灌溉用水，是导致水资源变化的一个重要的、不可忽略的因素。研究变化环境下我国水文水资源的变化，必须实际的考虑灌溉用水活动的作用。　　灌溉用水活动过程在大尺度水文模型中的准确表述是模拟估算灌溉用水活动影响和预估未来需/用水的基础，同时也是本文今后耦合CLM4陆面过程模型和大气模型研究灌溉对区域气候反馈作用的基础。本文的科学意义在于进一步改进和推动了CLM4灌溉用水活动的表达。同时，综合考虑了灌溉用水活动和气候变化对中国区域地表水循环的影响特征，指出研究气候变化对灌溉的影响必须同时考虑气候态和气候变率俩者的变化。本文为弄清变化环境下中国水文水资源变化提供了相关的理论和实践基础，同时为更好的应对未来气候变化，促进我国水资源可持续利用做出了一定的贡献。