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我国经济快速发展的过程中,农业发展却相对滞后,面临着多方面的问题：农业水资源量不足,用水量逐年降低；供给侧结构不合理,无效供给过剩；农业水资源利用率低,农业灌溉用水水资源浪费严重。灌区作为我国粮食生产的主要基地,面对日益严峻的水资源现状,急需优化灌溉管理方案和农业种植结构。同时,灌区灌溉管理优化模型中存在着多种不确定性因素,如降水、可用水量、经济参数等。这些不确定性因素可能对系统造成很大的损失甚至灾难性的风险。但这些在以往的确定性模型中都是无法反映的,因此研究和应用不确定性优化理论对影响灌区灌溉效益的三个主要单元——农业水资源、灌溉系统、农作物种植结构进行优化具有非常重要的实际意义。论文以河北省石津灌区为研究区域,从水资源、渠系、农作物三个方面出发,结合灌区中的不确定性因素,分别建立了灌区灌溉优化模型,并提出了相应的求解算法或程序,取得的主要研究成果如下：(1)考虑到水资源量的不确定性,对灌区水资源建立了模糊区间灌溉水资源优化模型。该模型具有区间和模糊的不确定性特点,能够处理多水源、多分区、多农作物、多农作物生长期的水资源优化问题。该模型以实现当地农民的收入最大化为目标,同时考虑了公平性约束,可确保灌区范围内各处的农户用水相对公平,而非绝对平均,避免出现离水源较近的农户因水利用效率高而大量配水的现象,也考虑到了地表水优先配给约束,保证在灌溉期内优先利用地表水资源,让地下水资源仅作为补充水源,这样可保护地下水源,降低因地下水过渡开采造成一系列损失的风险。在两步法的基础上,结合目标规划的方法,开发了单步法的求解算法。该算法可以处理约束右手边高度不确定性的模型,避免两步法可能出现的非完整解或无意义解的情况。(2)考虑到灌区地下水的不确定性,建立了基于排队论的灌区渠系水灌溉管理模型。模型以最小灌溉历时作为目标,根据排队理论建立灌溉时间与地下水灌溉面积的函数关系。基于粒子群优化算法,编制了自适应粒子群优化求解程序。该优化算法采用线性递减确定惯性权重,同时在可能陷入局部解时,人为增加随机扰动。(3)考虑到经济的不确定性,建立了模糊多目标分式规划模型。该模型通过对冬小麦和玉米的种植面积、棉花的种植面积的调整,实现多个目标。在更有效地保护和充分开发利用有限的农业用水资源的同时尽可能保障粮食的供给安全。基于优劣势测量法,结合模糊数及目标规划的方法,开发了一种模糊多目标分式规划求解算法。该算法能够将复杂的模糊多目标分式规划模型转化为接近线性规划的单目标模型结构。(4)考虑到农业水资源管理系统中的多种不确定性,建立了农业水资源优化分配模型。基于蒙特卡罗模拟法,根据不确定性参数的分布特点,得到农业水资源优化方案集。以概率分布的形式提出农作物和子区的优化配水水量,并得到冬小麦和玉米收购价格差与其分配水量差的线性关系。(5)在以上模型研究的基础上,设计编制了较为通用性灌区水资源优化决策支持系统。该系统基于模糊和区间的不确定性,不限农作物,不限灌区,可以灵活地设计数据结构、模型结构、多种求解方式、多种结果显示。该系统是一个通用性很强的工具,很易于移植到其它的灌区。