（4）數量經濟學和係統工程學的最優化理論，為提高每立方米灌溉水的生產效率、優化作物灌溉製度設計和作物的種植結構，擬定係統的用水計劃和實現灌區的目標規劃的非充分灌溉和節水灌溉，提供了科學的管理理論。隨著節水灌溉問題涉及範圍越來越大，需考慮的因素越來越多，經濟意識越來越強，在灌溉規劃設計和管理分配領域廣泛地應用經濟分析和係統分析理論，指導作物-水分關係的投入、產出研究，灌溉係統最佳管理策略研究，進行大係統的科學管理決策，成為非充分灌溉和節水灌溉係統管理的理論基礎。
二、節水灌溉理論的形成
很久以來，人們對傳統灌溉中的節水理論作過許多有益探索。20世紀70年代，在水資源緊缺的形勢下，比較廣泛地開展了節水灌溉的試驗探索與有限水量條件下灌溉水的優化管理理論的研究。Hillel於1972年指出，節水灌溉理論研究的根本目的並非單純節約用水，而是通過供水和其他環境變量的優化提高勞動生產率。福田仁誌於1973年也認為，灌溉的目的是土地和勞動生產率二者協調一致的提高；即缺水時每立方米水所獲得的產量和水管理的集約化問題。研究者們開始用灌溉經濟學和係統工程學的原理評價灌溉行為，從而形成了近代灌溉目標，即不但要取得最優的灌溉效果，同時要具有更高的灌溉效率。因此，節水灌溉的根本目標是在有限水量的條件下，能以最小的費用，最大限度地獲得單位水量的灌溉產值（或產量），即力爭以最小費用獲得最大的淨效益。
節水灌溉理論可分為兩類：節水硬科學和節水軟科學。節水硬科學，指從水源引水到田間灌水的全部工程技術裝備。如引水樞紐、輸水和配水係統的防滲渠道和管道，地麵灌溉方法和灌水技術，噴灌、微灌和管灌技術，灌溉效率測算和水費計量設施，土壤墒情監測、采集和傳感係統，土地平整、農田整治和建設技術等。節水軟科學，指土壤-作物-大氣的水分關係研究和水管理理論、方法與實施。如作物節水灌溉的理論，有限水量在地區間、作物間及作物生育期內的時、空最優分配製度，計算機支持管理係統的預測和決策理論，節水政策和灌溉效益、成本研究，水管理質量評估方法和指標體係，灌溉管理組織改進和提高等。此外，還包括與灌溉密切相關、提高農業用水效率的其他措施，如雨水蓄集、土壤保墒、渠井結合、渠係水優化調配、農業節水措施等。
三、節水灌溉理論的研究任務及主要內容
節水灌溉理論的基本研究任務：一是研究技術上先進、經濟上合理的各種工程措施、途徑和方法，減少灌溉水的無益損耗；二是研究灌溉係統中各種工程設施的控製、調度和運用方法，在時間上和空間上合理地分配水源水量，並在田間推行科學的灌溉製度和灌水方法，以達到充分發揮工程作用，合理利用各種水資源，促進農業高產、穩產和獲得較高經濟效益的目的。
具體地說，節水灌溉理論的研究一般包括：
（1）土壤-植物-大氣連續係統（SPAC）水分傳輸理論；
（2）水分脅迫對作物生理活動及產量的影響以及作物對水分脅迫的適應性；
（3）不同田間水分條件下作物蒸發蒸騰量的變化規律、影響因素、分析計算及預報理論與模型；
（4）作物水分生產函數及其變化規律；
（5）節水灌溉條件下水肥綜合運移規律及高效利用水肥的調控機理；
（6）節水灌溉農業綜合技術；
（7）水資源的合理開發利用技術；
（8）水量不足條件下灌溉水量在地區間、作物間及時間上的最優分配；
（9）實時灌溉預報理論、方法與灌溉渠道動態配水理論及其決策支持係統；
（10）節水灌溉環境評價理論與方法；
（11）節水灌溉經濟評價理論與方法；
（12）節水灌溉新方法與新技術研究；
（13）節水灌溉工程的規劃、設計、施工、運行及管理理論；
（14）節水灌溉設備的研製與設計理論；
（15）節水灌溉科學試驗的原理與方法。