黑龙江省是我国重要的粮食产地和商品粮输出基地,不仅保障着全国近14亿人口的日常生活用量问题,还为世界上粮食稀缺国家做出重大贡献。但是由于水资源短缺是目前我国面临的较为棘手的问题,伴随着各行各业的的发展速度越来越快,对水资源的占用比例都在逐年上升,所以,农业上可用水量越来越少。综合相关数据分析,黑龙江省灌溉水利用效率已连续多年在全国排名中位于中游水平。灌区分形特征的优劣在一定程度上能够反映该灌区的渠系布置形式是否合理,优化渠道系统的分形结构,适当减少冗余渠道,能有效减少因渠道渗漏、蒸发损失等原因造成浪费农业用水情况的发生。灌溉水利用效率主要用来评价灌区农业灌溉用水状况的指标,同时也能反映一个灌区的水利灌溉工程现状、灌溉用水管理水平的高低及节水灌溉技术的普及情况。全面合理的评价黑龙江省灌溉水利用效率能够为该地区灌区节水技术的规划和发展奠定科学的理论基础。据统计,黑龙江省现阶段有大型灌区20处,中型灌区305处,小型灌区9136处,但是由于各灌区的地理位置和管理运行方式存在差异,导致黑龙江省不同规模和类型的灌区灌溉水利用效率发展不均衡,彼此之间的差距也逐渐增大。本研究选取黑龙江省不同类型、不同规模的典型样点灌区20个,研究这些灌区的渠系结构与分形特征、灌溉水利用效率的时空分布特征及驱动机制,找到合理的渠系布置方式和制约灌溉水利用效率的主要影响因素,实现黑龙江省灌溉水利用效率稳步提升是十分必要的。本研究基于对黑龙江省典型灌区进行实地调研,将灌区进行分级;利用Horton定律对不同级别灌区渠系结构和分形特征进行研究;探究各典型灌区灌溉水利用效率时空分布特征;分析灌溉水利用效率驱动机制;主要研究内容及成果如下:(1)采用Horton定律对黑龙江省三级、四级各10个典型灌区的渠系结构和分形特征进行研究,结果发现:三级典型灌区中的倭肯河、兴凯湖灌区的渠系结构较复杂,引汤、集贤、托古和仓粮灌区的渠系结构比较简单;四级典型灌区中的查哈阳、蛤蟆通灌区的渠系结构较复杂,梧桐河、东方红、红旗和肇农灌区的渠系结构比较简单;渠系结构复杂度和渠道密度两个指标可以反映灌区渠系结构的复杂程度;灌区渠系结构具有相似性,三级和四级灌区的分维值相差不大,基本上都在一般规定范围之内,黑龙江省典型灌区的渠系分布符合自然界自组织优化结构。(2)分别对黑龙江省2010-2014年各典型灌区灌溉水利用效率随时间变化特征和2014年灌区灌溉水利用效率空间分布特征进行分析,结果表明:灌区灌溉水利用效率值介于0.300和0.700之间,三级灌区中小型灌区的灌溉水利用效率>大型灌区灌溉水利用效率>中型灌区灌溉水利用效率,而四级灌区中型灌区灌溉水利用效率>大型灌区灌溉水利用效率;2014年灌区灌溉水利用效率空间分布特征为黑龙江省西部的肇农灌区、南部的东方红灌区、中部的引汤灌区和东南部的红旗灌区灌溉水利用效率是最大的;位于东北松嫩平原和三江平原的灌区灌溉水利用效率平均值较大,而地形多以山地和丘陵为主的灌区灌溉水利用效率相对较小。(3)利用灰色关联度分析法和最小二乘法曲线拟合理论对黑龙江省典型灌区灌溉水利用效率影响因素驱动机制进行研究,结果表明:当灌区级别相同而地形条件不同时,处于平原地区的三级和四级灌区灌溉水利用效率高于处于丘陵地区的灌区,当灌区地形相同而级别不同时,灌区级别越高灌溉水利用效率也越高;当灌区土壤类型为壤土时灌溉水利用效率较高;三级与四级典型灌区现有渠道系统中均存在部分冗余渠道,在输配水过程中的功能性较低,导致灌溉水利用效率较低;三级灌区中,渠道密度与灌溉水利用效率关联度最大,为0.700,渠系结构复杂度与分维值关联度最大,为0.711,在四级灌区中,节水灌溉面积比例与灌溉水利用效率关联度最大,为0.730,有效灌溉面积与分维值关联度最大,为0.763;渠系结构的合理性是影响三级灌区输配水功能的关键因素,而完善的节水措施是提高四级灌区灌溉水利用效率的重要途径。(4)通过综合考虑有效灌溉面积、节水灌溉面积比例和分维值三个因素与单独考虑其中一个因素共4中情景下,采用“因果分析法”预测黑龙江省2020年和2025年灌溉水利用效率,结果表明:同时考虑三个因素预测的灌溉水利用效率比单独考虑其中一个因素的提高值较小,更容易使灌溉水利用效率在短时间内提高,达到“十三五”规划及2025年预估的目标值。