三江平原位于黑龙江省东部,该区域土质肥沃,气候适宜,光照条件好,雨热同季,污染少,适于农作物生长,农业生产增产的潜力巨大。主要种植作物有水稻、玉米和大豆,是中国最主要的粮食产区。但是经过多年的高强度开发种植,当地为了增加粮食产量大量抽取地下水,造成了局部地区出现了地下水位持续下降的现象。此种背景下,如何科学管理灌区灌溉用水已经成为保障区域粮食安全与生态安全的迫切需求。本文选取位于三江平原上的梧桐河灌区、锦西灌区、松江灌区、友谊农场灌区(本文简称友谊灌区)、幸福灌区、蛤蟆通灌区、江川灌区、八五三灌区、大兴灌区、龙头桥灌区等10个典型灌区作为研究对象。在文中构建灌区灌溉水利用效率评价指标体系,采用三种数学评价模型对灌区灌溉水利用效率进行评价,运用指标权重和情景分析对灌区灌溉水利用效率驱动力进行解析,并应用预测模型及评价模型预测其未来发展态势,优化配置研究区域灌溉用水结构,研发灌区水资源优化配置决策支持系统,具体研究结果如下:(1)合理选择灌溉水利用效率评价指标是有效使用指标的前提,而制订科学严谨的指标选择方案又是解决评价指标选择难题的关键。为了使评价灌区灌溉水利用效率的指标更加全面和科学,本文构建了一种新的评价指标的优选模型,将驱动力-压力-状态-影响-响应模型(DPSIR模型)与基于信息显著性差异的评价指标优选模型(ISD模型)相结合,构建了一种新颖的DPSIR-ISD评价指标优选组合模型。将初选指标选择约束在DPSIR框架内,减少了指标初选集建立过程中的主观因素干扰,使指标体系更加科学合理。结合研究区域实际情况,首先将50个初筛指标中的6个信息重复和不完善的指标剔除,再利用DPSIR-ISD模型将评价指标数量由44个优选至14个,即用31.82%的指标数量反映了91.88%的原始信息。将DPSIR-ISD法与SC-ISD法和ISD法对比分析,结果显示本文提出的DPSIR-ISD法兼顾了指标体系的完备性与简洁性,且更契合研究区域实际情况,在指标优选中具有明显优势。研究成果可为灌区灌溉水利用效率评价指标研究提供一种更加简单便于应用的指标优选体系。(2)灌区灌溉水利用效率评价在灌区灌溉用水监测、提高灌溉水利用效率和工程管理与决策中发挥着重要作用。采用基于萤火虫算法的投影寻踪模型(FA-PP模型)、基于熵权法的逼近理想解排序模型(EWM-TOPSIS模型)和基于CRITIC法的逼近理想解排序模型(CRITIC-TOPSIS模型)三种评价模型对研究区域10个典型灌区灌溉用水效率进行评价,评价结果显示灌区灌溉用水效率综合指数由高到低排序为:梧桐河>江川>锦西>松江>幸福>八五三>大兴>蛤蟆通>龙头桥>友谊,而对评价模型在可靠性和稳定性两方面综合分析对比之后发现,EWM-TOPSIS模型优于FA-PP模型和CRITIC-TOPSIS模型。(3)利用评价模型得出的评价指标投影方向和指标权重,根据序号总和理论分析出灌区灌溉水利用效率主要驱动因子,并运用情景分析方法对灌区灌溉用水效率驱动机制进行解析。以梧桐河灌区作为典型灌区,应用ARIMA预测模型对其各评价指标数值进行预测,并将评价指标自2000年至2028年的时间序列通过EWM-TOPSIS模型进行评价,以此预测其灌区灌溉用水效率未来发展态势。结果表明,评价指标R3(单位面积水利工程投资额)、R5(单位面积固定职工人数)、R4(水费征收率)、P2(耕地面积占比)、S1(人均水资源量)、D5(单位面积机电井数量)、I8(单位面积灌溉用水量)、S9(地下水水质等级)、S2(林草覆盖率)为灌区灌溉用水效率主要驱动因子。灌区灌溉用水效率是一个综合性评价结果,各评价指标驱动力虽有不同,但是单一指标的驱动力并不突出。梧桐河灌区灌溉用水效率未来发展趋势积极向好,至2028年,梧桐河灌区的灌溉用水效率综合指数与2000年相比,提高64%,与2018年相比,提高11%。(4)基于最小二乘算法,构造了在灌溉用水效率约束下的灌溉用水优化配置模型,对研究灌区灌溉水资源进行了地表水资源和地下水资源的优化配置,优化当地的灌溉用水结构。优化结果显示,预测2025年、2030年三江平原各典型灌区灌溉水资源量分别按照在基准年2013年增加60%和70%的基础上,锦西灌区、松江灌区、友谊灌区、江川灌区、八五三灌区和大兴灌区的地下水灌溉用水量按照基准年均有大幅度下降,能够达到回补平衡地下水的目的,使用水结构更为合理。以2013年为基准年,加入灌溉用水效率约束系数之后,地下水灌溉总量减少8.72%,降幅明显,可以极大的缓解当地的地下水超采情况.(5)研发灌溉用水效率约束下的灌区灌溉用水优化配置决策支持系统。本系统操作界面设计简洁,功能显示清晰,具有很强的人机交互能力。系统采用模块化设计,分为灌区灌溉用水效率评价模块和灌区灌溉用水优化配置模块两部分,模块功能独立设计,用户可以根据各灌区的实际情况制订和修改相关参数。