我国现阶段用水结构中仍以农业用水为主,近10年农业用水平均占到总用水量的63.5%,农业用水是区域水资源配置的关键因素,对缓解区域水资源供需矛盾起着决定性作用。基于水土光热自然禀赋条件,研究特色作物结构、布局及灌溉用水,可为区域农业经济可持续发展和水资源高效利用提供科学依据,对保障粮食安全、促进乡村振兴、实现区域社会经济的高质量发展具有重要意义。论文以地处黄河中游的陕北地区为研究区域,采用偏离-份额分析法对农业产业结构进行评价,对玉米、谷子、马铃薯、苹果四种典型作物的适宜性进行分析计算,并以经济效益为目标,采用遗传算法对四种作物的种植结构进行了优化研究;在此基础上,预测了农业中灌区种植业需水量,并以社会-经济-生态为目标,对榆林市水资源进行各行业间优化配置;依据水资源配置结果以灌溉配水量为控制,以增产效益为目标,对榆林市灌区四种作物进行结构调整。论文的主要研究内容及成果如下:（1）陕北农业产业结构现状评价。以陕西省为参照区域,采用偏离-份额分析法对近10年陕北地区种植业、林业、牧业、渔业、农林牧渔服务业的结构现状进行了评价。“十二五”和“十三五”期间的陕北农业的份额分量分别为62.68和93.57,产业结构偏离分量分别为59.16和77.69,竞争力偏离分量分别为-13.11和157.27;五个农业部门中种植业在两阶段的份额分量和产业结构偏离分量最大,区域竞争力偏离分量由负变正,表明种植业对农业经济发展的贡献逐渐提高,竞争能力显著提升。但农业的结构效果指数在两阶段均小于1,且五个部门中种植业的产业结构偏离分量最高,表明种植业应作为结构调整的重点。（2）陕北种植业适宜性布局研究。采用层次分析法并结合作物生长条件构建了四种典型作物适宜性评价体系,借鉴生态位适宜度计算方法建立农作物自然因子适宜度计算模型;运用GIS技术对陕北地区的水、土、光、热资源的空间分布情况进行处理分析,得到四种作物的适宜度,并利用自然断点法对各作物适宜度进行分级得到陕北作物适宜性情况。玉米、谷子、马铃薯、苹果的适宜度平均值依次是0.8211、0.9070、0.7855、0.8267,其空间分布特点为玉米和谷子由东南到西北逐渐减小,马铃薯在海拔较高山区适宜度较高,苹果的适宜度从南向北依次减小。东南部地区各作物的适宜性整体较好,四种作物的最适宜区主要分布在南部和西部山区,且面积较小。（3）陕北典型作物结构优化。以经济效益为目标构建了作物结构优化模型,采用遗传算法计算得到各县（区）优化的四种典型作物种植面积,陕北玉米、谷子、马铃薯、苹果的种植面积分别为276.69千hm~2、139.72千hm~2、159.85千hm~2、327.63千hm~2。与现状年实际相比,玉米和马铃薯的种植面积分别减少了66.1千hm~2和34.08千hm~2,产量分别减少58.33万t和6.26万t,谷子和苹果的面积分别增加了69.86千hm~2和30.33千hm~2,产量增加了30.18万t和60.52万t;总产值增加到349.32亿元,是优化前的1.16倍。从空间分布来看北部的玉米、谷子和马铃薯面积增加较多,苹果在南部的面积增加较多。（4）榆林市水资源配置。按照四种典型作物优化结果中的种植面积比例,采用定额法对榆林市规划年50%和75%频率下的灌区需水量进行预测,结合《榆林市水资源规划》中的可供水量和其他行业的需水量,经水资源供需平衡计算,50%和75%频率下12个县（区）中分别有6个和10个县出现缺水现象,全市总缺水量分别为22533万m~3和40304万m~3。在此基础上,构建了以社会-经济-生态的多目标水资源优化配置模型,采用遗传算法编程求解得到规划年50%频率下各行业的配置水量,灌溉配水量为48018万m~3,占总配置水量的35.69%,灌区玉米、谷子、马铃薯、苹果的可灌面积依次是43479hm~2、26411hm~2、34197hm~2、14450hm~2。（5）榆林市灌区典型作物结构调整。以灌溉配水量为控制,构建以增产效益为目标的典型作物结构优化模型,编程求解得到玉米、谷子、马铃薯、苹果的面积分别为40090hm~2、30026hm~2、34830hm~2、13474hm~2;相比于区域水资源配置的可灌面积,玉米和苹果分别减少了3389hm~2和976hm~2,谷子和马铃薯分别增加了3615hm~2和633hm~2。总产量减少487t,其中玉米和苹果分别减产10166t和2929t,谷子和马铃薯分别增产9762t和2847t。面积减小与产量降低的主要原因是水量约束;但产值增加了6691万元。可灌溉面积中四种作物的种植面积占比为34:25:30:11,该结果可作为陕北地区的灌区种植结构的参考。