灌溉用水效率指标及节水潜力的正确计算是灌区用水评价及用水管理的基础,当前普遍采用的灌溉水利用系数及灌溉取水节水潜力忽略了回归水的重复利用,不能真实体现灌区用水管理水平。此外,回归水及其重复利用是灌区中普遍存在的现象,分布式水文模型是分析灌区等大尺度区域回归水及其重复利用的有效工具,但当前的分布式水文模型主要针对自然流域开发,将其直接用于灌区存在不足。鉴于此,本文以SWAT模型为基础工具,针对南方多水源水稻灌区的特点对其进行改进,以湖北省漳河灌区的杨树垱流域为例对改进SWAT模型进行适应性验证。继而基于改进SWAT模型模拟结果提出灌区回归水及其重复利用量的计算方法,并分析回归水重复利用尺度效应及不同节水情景下回归水重复利用规律。最后提出基于回归水重复利用的灌溉用水效率及回归水节水潜力计算方法,分析不同节水情景下灌溉用水效率及节水潜力的变化规律,同时探明不同方法灌溉用水效率及节水潜力之间的关系及原因。首先对SWAT模型进行改进,对水文响应单元的水循环结构及稻田水平衡要素计算进行了改进,并添加了多水源自动灌溉模块。以杨树垱流域为例对改进SWAT模型进行适应性验证,利用杨树垱流域出口径流资料、典型田块逐日蒸发蒸腾量试验观测数据及不同水源灌溉用水量资料对模型进行校正和验证。结果表明,改进SWAT模型模拟效率满足水文模型评价标准,并且明显优于原SWAT模型,更适合多水源水稻灌区水循环过程模拟。其次,基于改进SWAT模型的模拟结果提出灌区回归水及其重复利用量计算方法,明确降雨及灌溉回归水量有效区分方法,并以典型子流域回归水试验分析数据验证方法的合理性。以降雨灌溉水重复利用率及灌溉水重复利用率表示回归水重复利用,分析了回归水重复利用的尺度效应及原因,结果表明,随着尺度的增大,降雨灌溉水重复利用率、灌溉水重复利用率逐渐增大,前期增幅较大,后期增幅较小,到达一定尺度后趋于稳定甚至略微降低,尺度效应是由于随尺度的增大回归水被塘堰及排水沟道多次拦截利用,回归水取用次数随尺度增加并趋于稳定所致。此外,基于改进SWAT模型分析计算不同节水情景下的灌溉水重复利用率,结果表明,随着塘堰汇流面积增大,灌溉水重复利用率逐渐增大;随着渠道防渗标准的提高,灌溉水重复利用率逐渐降低;水稻节水灌溉模式下的灌溉水重复利用率高于传统淹灌模式。最后,提出基于回归水重复利用的灌溉用水效率及回归水节水潜力计算方法,分析不同节水情景传统方法下的灌溉水利用系数及灌溉取水节水潜力、基于回归水重复利用的灌溉用水效率及回归水节水潜力、基于蒸发蒸腾量的资源节水潜力的变化规律。结果表明,增大塘堰汇流面积及提高渠道防渗标准两种节水情景下,两个灌溉用水效率逐渐增加,灌溉取水节水潜力及回归水节水潜力均增加,但基本不存在资源节水潜力;水稻节水灌溉模式下两个灌溉用水效率均高于传统淹灌模式,且相对于传统淹灌,三种节水潜力均存在。此外,对不同节水潜力之间的关系及原因进行了分析,结果表明,资源节水潜力主要是基于区域蒸发蒸腾量进行计算,与另外两种节水潜力不存在特定关系;回归水节水潜力的计算是在灌溉取水节水潜力的基础上减去由于回归水重复利用引起的节水量差值。对于保持作物净灌溉需水量不变的节水措施,若能提高回归水重复利用率,灌溉取水节水潜力小于回归水节水潜力,若降低回归水重复利用率,灌溉取水节水潜力大于回归水节水潜力。此外,对于能降低作物净灌溉需水量的节水措施,灌溉取水节水潜力及回归水节水潜力之间的关系则由灌溉水重复利用率及作物净灌溉需水量的变化共同决定。