灌溉水利用效率指标,如渠系水利用系数、灌溉水利用系数和水分生产率等,一直被作为灌区灌溉用水评价的重要指标。通过小尺度试验成果简单累加到大尺度的方法,不宜用于大尺度的宏观决策。由于空间变异性和回归水的重复利用,使得灌溉水利用效率指标在不同尺度之间存在空间尺度效应。另外,分布式水文模型为获取灌区不同尺度水平衡要素和作物产量提供了途径。本文以解放闸灌域为背景,针对灌区用水效率评价中存在的问题,开展不同尺度水循环要素的试验研究,构建灌区分布式水文模型用于获取不同尺度水平衡要素及作物产量,分析不同尺度用水效率指标的变化规律,为合理灌溉、科学布局种植结构、提高用水效率等方面提供科学的参考依据。本研究的主要内容及结论如下：(1)在中国北方典型渠灌区解放闸灌区开展不同尺度水循环的试验研究,分别选择农渠、支渠和灌域尺度的典型区,开展了作物产量和水平衡要素的观测。介绍了不同尺度试验监测的方案,并整理分析了降水、灌溉和土壤含水率等水平衡要素及作物生长和产量的变化规律,为灌区分布式水文模型的构建和验证提供基础数据。(2)采取“自下而上”的方式,将地下水潜水蒸发量加入土壤水分循环,使其适合地下水位较浅的灌区水循环模拟。构建灌区分布式水文模型,并进行模型率定和验证。首先以LAI为目标变量对作物生长参数进行率定,结果表明最大叶面积指数BLAI对于灌溉作物取值要明显偏大。然后分别使用LH-OAT和SUFI-2方法以径流和ET为目标变量进行了敏感性分析,结果表明对径流比较敏感的参数为土壤和地下水参数；区域蒸散发过程主要受到潜水蒸发、土壤和作物植被的影响。基于敏感性分析结果,运用SUFI-2算法进行了径流和ET的率定和验证。此外,作物产量模拟值和实测值数据点围绕在1：1线附近,进一步验证了模型的可靠性和参数的合理性。(3)以主排水沟为主线,从上游到下游逐步嵌套的方式将研究区划分成8个尺度。以2011年为基准年,对现状灌溉模式下水平衡要素的空间分布进行了模拟分析。模拟结果显示,下游地下水位较浅,潜水蒸发量较大,使得土壤含水量变化较小,灌溉用水量较小。通过模型模拟获得以上8个尺度的水量平衡要素和作物产量来分析不同尺度上的用水效率评价指标的变化规律,结果表明：对于不同作物,灌溉水分生产率WPI和毛入流水分生产率WPg总体上基本都随尺度增加而呈现波动增加的趋势,达到一定尺度水平(约400km2-600km2)后保持平缓或者略微下降的趋势；由于不同尺度上作物蒸发蒸腾消耗的水量比例基本一样,使得蒸发蒸腾水分生产率WPET在各尺度基本保持平稳；毛入流排水率DRFg和可利用水量排水率DRFa都呈现出先保持稳定或者稍微增大,当到达临界尺度(约200km2-300km2)后随着尺度的增大而减小的趋势。毛入流水分水分生产率WPg与毛入流排水率DRFg呈现出相反的尺度变化规律,这两个指标是从不同的侧面说明随着尺度的增大,区域可重复利用水量不断增加。