水资源是保障人类生存发展的物质基础,同时也是维系生态系统平衡的前提条件。随着人类社会的不断进步以及极端气候事件的频繁发生,全球水资源短缺问题日益严峻。水是农业生产的根本,水资源短缺会导致粮食减产,进而影响国家粮食安全。中国西北内陆地区由于远离海洋,降水稀少、蒸发强烈,属于资源型缺水地区,水资源极其匮乏。以地处西北地区的张掖为代表的黑河中游河西走廊平原自古就是中国重要的粮食生产基地,但是该地区降水稀少,年降水在100-250 mm左右且年内分布不均匀,而年蒸发量达到1200 mm以上,灌溉成为农业生产的必要条件,但是该地区的主要灌溉方式为大水漫灌,由此造成大量的深层渗漏和无效蒸发,灌溉水利用效率极低,中游的过度用水会导致下游来水的减少,造成下游生态环境恶化,同时也会引发一系列社会问题。因此,研究中游地区种植作物的需水规律,针对性地进行灌溉,对于提高灌溉水利用效率,促进水资源的可持续发展与利用具有重要意义。本研究选取黑河中游典型的绿洲灌区—盈科灌区作为研究区,针对研究区内广泛种植的玉米作物,以DSSAT(Decision Support System for Agro-technology Transfer)模型为技术支撑,探究了玉米的最佳播种日期、玉米生长期内的需水规律及灌溉需水关键期,并对不同降水年型下的适宜灌溉量进行了模拟研究,最后对节水潜力做了进一步估算。具体来说,本研究首先利用2006、2007、2008三年的作物产量数据、物候期以及土壤含水量等相关资料对DSSAT-Maize模型参数进行调试与验证,评价DSSAT模型在盈科灌区的适用性情况;在此基础上,通过设立不同播种日期、生长关键期灌溉组合的假设情景,利用DSSAT模型进行模拟分析,对比最终输出产量探究玉米在该地区的最佳播种日期、关键灌溉期以及适宜灌溉量;随后对张掖气象站1971-2010年共计40年的降水资料,利用P-III型频率曲线方法进行分析,选出三个典型水平代表年,包括丰水年、平水年以及枯水年,针对选定的三个不同水平年对其灌溉关键期进行不同灌溉量的灌溉模拟,分析得到不同降水条件下的最佳参考灌溉量,探讨区域灌区的最佳灌溉管理制度;最后利用小波分析对40年的降水资料进行周期分析,得到该地的降水主周期,在此基础上对比最佳灌溉制度与当地实际采用的灌水定额指标,估算盈科灌区的最大节水潜力。结果如下:第一,对于玉米的最终产量以及物候生长期(出苗、开花、灌浆期)等数据资料,校准期与验证期内模型的模拟值与实测值均达到了较好的一致性:校准期内,物候期模拟偏差只有两天,产量的标准化均方根误差nRMSE为6%;验证期内产量的nRMSE值在2006年为4.95%,2008年为2.96%,表明DSSAT-Maize能够适用于张掖盈科灌区,基本实现了模型的本地化。同时对于2008年种植期内土壤含水量的动态变化过程模型模拟值与实测值也达到了较好的一致性,各层均方根误差RMSE均远小于0.2,模型能够准确地模拟作物根部土壤层中的水分过程,可以用于模拟不同灌溉量对作物产量的影响。第二,对于4个不同的播种日期,4月5日与4月20日播种产量更为接近,其中4月5日播种的产量最高,而5月5日与5月20日播种的产量远小于前两个播种日期,因此,在张掖盈科灌区,最适宜玉米种植的时间为四月中上旬。第三,针对玉米5个生长关键期:出苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期、成熟期设置不同的灌溉组合进行限量灌溉模拟,结果表明:拔节期与抽雄期是玉米灌溉的关键时期,在这个组合的灌溉处理方式下作物产量达到最大值,随着灌溉次数以及灌溉量的不断增加,产量变化量的增幅极其微小甚至存在产量降低的现象。因此在玉米的拔节期与抽雄期对其进行适量灌溉高效且经济。第四,不同水平年下适宜灌溉量存在明显差异,其中枯水年(1989年)灌溉需水量最大,为480 mm;在平水年(1992年),灌溉需水量次之,为420 mm,略小于枯水年的最佳灌溉量;而在丰水年(1972年),灌溉需水量最少,只需要100 mm。第五,当地降水主周期为5年,通过对比当地现行灌溉管理定额与参考最佳灌溉管理方式,可以发现,一个降水周期内节水潜力可以达到18700 m3/ha,将近一半的水资源都能够被节省下来供给其他用水,或下泄至下游供给下游生态环境用水。