我国旱灾频发且已造成了不可估量的影响和损失。同时,我国也水资源短缺,人均淡水资源量仅占世界平均水平的28%,干旱缺水是制约我国国民经济可持续发展的重要因素之一,以影响农业最为突出。农业发展对水资源的依赖程度较大,一方面由于灌溉方式粗放,我国灌溉水有效利用程度较低,灌溉水有效利用效率仅为0.5左右,远低于发达国家0.7-0.8的水平,灌溉水分利用效率提高的潜力巨大。另一方面,由于干旱发生时,水资源短缺愈发严重,如何在尽力保证粮食产量或是有少量减产的基础上压缩农业用水,保证城市生活及农村人饮用水成为迫切需要解决的问题。目前,对于作物模型的研究成为农业作物模拟和预测的重要手段,呈现出越来越重要的地位,以往的研究手段往往只注意作物在不同条件下形态的变化,在机制与精度上均存在不足,利用作物模型拟定灌溉方案对作物管理措施的改善有重要意义。基于以上我国目前水资源状况及农业灌溉存在的问题,本研究选择位于华北平原的济南市进行常见作物的灌溉方案优化分析,在实地调研数据的基础上,搜集研究区气象、土壤、地质、作物类型、产量及农业管理措施等数据资料,分析研究区历史干旱发生情况。选取正常年、干旱年及严重干旱年,利用APSIM作物模型分析不同典型干旱年常见作物生育期内的需缺水规律,在此基础上进行不同额定灌溉量下灌溉方案的情景设置与模拟,讨论不同灌溉方案对于产量及田间水分利用效率的影响,选取产量及田间水分利用效率较高的灌溉方案,为实际灌溉措施提供依据。论文主要得出以下结论:(1)对小麦模型模拟结果进行验证与评价,运用2001-2010年小麦单产数据对模型进行参数率定,评价结果 RMSE=344.0kg/ha;NRMSE=5.8%;D=0.82;R2=0.46。用 2011-2013年小麦单产对模型进行验证,误差分别为0.9%、8.8%、6.8%。运用2001-2010年玉米单产数据对模型进行参数率定,玉米评价结果,RMSE=580kg/ha,NRMSE=8.9%,R2=0.72,D=0.61,用2011-2014年玉米单产数据对模型进行验证,2011-2014年的产量误差分别为0.12%、7.49%、6.53%、4.56%。,表明APSIM模型在济南地区模拟常见作物效果较好。(2)利用APSIM模型冬小麦及夏玉米进行模拟,分析玉米与小麦生育期需缺水过程,确定玉米和小麦的需水关键期,结果表明小麦的需水关键期为拔节、花期与灌浆期。玉米的需水关键期为拔节、抽雄及灌浆期。需水关键期的水分胁迫会造成产量巨大减产,在灌溉量有限时要优先保证作物关键期的需水要求,可最大程度的保证粮食产量。玉米和小麦苗期需水量较少,此时的土壤可供水量一般能满足要求。在需缺水分析的基础上,分析作物在各个典型干旱年无灌溉与灌溉条件下的田间水分利用效率及产量、耗水量的变化。分析表明,在无灌溉条件下随着干旱程度的增加,小麦产量急剧下降,同时耗水量会减少,田间水分利用效率会降低,在灌溉后,耗水量、产量差距减少。其中,在正常年,济南市小麦需水量最大值在4月中旬,日最大需水量达到5.64mm,玉米需水量最大在8月下旬,日最大需水量为10.77mm;在典型干旱年,济南市小麦需水量最大值在4月中旬,日最大需水量达到7.89mm,玉米需水量最大在8月中旬,日最大需水量为7.12mm;其中,在典型干旱年,济南市小麦需水量最大值在4月中旬,日最大需水量达到8.09mm,玉米需水量最大在8月上旬,日最大需水量为8.05mm。(3)小麦共设置21组灌溉方案,玉米共设置26组灌溉方案,选取不同额定灌溉条件下的作物产量及田间水分利用较优的方案。确定灌溉时间及灌溉量,对灌溉方案进行优化,对实际灌溉措施进行指导。对于济南市冬小麦在正常年灌溉100mm时,应选择在拔节期进行灌溉;在灌溉200mm此时产量及田间水分利用效率变化不大,当灌溉量为300mm时,田间水分利用效率下降,说明在正常年灌溉200mm基本能满足小麦生育期需水要求。在干旱年,当灌溉100mm应考虑关键期需水要求,当灌溉200mm时应充分考虑拔节期的水分亏缺。在严重干旱时,冬小麦灌溉时应充分考虑拔节及花期,对于苗期的灌溉可不予考虑。对于夏玉米在正常年150mm灌溉下应充分考虑抽雄期的需水要求,在250mm灌溉时,应满足灌浆时期的需水要求,在干旱年时,灌溉后产量明显升高,在严重干旱年产量及田间水分利用效率升高明显。其中,在正常年,考虑降雨时,对于小麦在拔节期进行灌溉100mm能基本保证小麦产量。对于玉米在拔节及抽雄均灌溉100mm灌溉方案较优。在典型干旱年,对于小麦在开花期进行灌溉100mm能基本保证小麦产量。对于玉米灌溉150mm已基本满足玉米需水要求,即在拔节及抽雄分别灌溉50mm及100mm。在严重干旱年,对于小麦在拔节期进行灌溉100mm灌溉方案较优。对于玉米在拔节、抽雄及灌浆分别灌溉100mm、50mm及100mm。