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方面通过粮食、能源贸易伴随的虚拟水，有效可靠
地保障了区域粮食和能源安全。各系统间也通过优
化，实现整个耦合系统的动态平衡。如通过调整农
业灌溉面积和种植结构，能够在保障本地粮食产量
的前提下，降低粮食生产中的用水量；通过优化水
资源配置方案，确定合理的供水结构，能够减少社
会取用水过程的耗能。因此在水 － 粮 － 能 － 生关联视
角下开展水资源优化配置，可以实现耦合系统在以
水安全、粮食安全、低碳发展路径和生态健康为目
标下，进入良性循环，达到整体耦合系统协同发展
的效果。水－ 粮－ 能－ 生耦合系统关系如图 １所示。
２．３ 水 － 粮 － 能 － 生协同调控模型架构 水资源通用
调控与模拟 （ ＧＷＡＳ）软件 系统，是在 ＷＡＳ基础上， 图 １ 水－ 粮－ 能－ 生耦合系统关系示意图
集成 ＱＧＩＳ开源技术、ＳＱＬＩＴＥ数据库技术等研发的
软件产品 ［２４］ ，能够较为准确的模拟自然－ 社会二元水循环过程 ［２５］ ，在庆阳市 ［２６］ 、北京市 ［２７］ 等地区得
到了广泛应用。本文基于 ＧＷＡＳ模型，构建水－ 粮－ 能－ 生协同调控模型，该模型由水循环模块、水资
源调配模块、粮食生产模块、能源消耗模块和层次化需水预测模块等 ５大部分组成，其中水循环模块
和水资源调配模块基于 ＧＷＡＳ模型实现，通过对自然 － 社会水循环进行模拟，统筹调控本地水和外调
水，以水安全和生态健康为目标，实现对水资源系统和生态系统的模拟；层次化需水模块为模型提供
生活和工业层次化需水数据；粮食生产模块为模型提供农业需水量和粮食安全状况；能源消耗模块计
算社会水循环在取水、供水、用水和排水与污水处理等全过程的耗能。模型架构如图 ２所示。

图 ２ 水－ 粮－ 能－ 生协同调控模型架构图

水－ 粮－ 能－ 生协同调控模型不同模块的基本功能如下：（１）水循环模块：通过降雨产流计算，模
拟每个时段的单元产水量、水库?湖泊等水利工程来水量，并计算对应时段上游河道汇入量、河道内取
水排水量、外调水工程调入调出量；（ ２）水资源调配模块：根据不同水源的来水特征和不同用水户用
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