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同时，“水分生产率：重新审视水－ 能源－ 粮食链框架下的相关概念” 被列为第 ２３届国际灌排大会
（ ２０１７年 １０月于墨西哥城）的两大议题之一。作为农业大国和灌排强国，截至 ２０１９年底，我国耕地灌
溉面积已达 １０．３亿亩，占全 国总 耕地 面积 的 ５０．９％，灌 溉 耕 地生 产的 粮食 约占 全国 粮食 总 产量的
７５％、经济作物约占 ９０％ ［１９］ 。灌溉农业已成为我国农业生产的主力军和保障国家食物安全的基石 ［２０］ 。
灌区是自然与人工共同控制水的运动与分配区域，随着人类活动的不断加强，灌区水循环已逐渐转变
以人工水循环为主导、天然水循环过程退居次位的自然 － 人工复合水循环系统 ［２１］ 。作为自然 － 人工复
合水资源系统，灌区不仅是我国粮食生产和水资源开发利用的主要载体，同时也是能源生产和消费重
要区域，例如灌区水库水电站对水能资源的开发利用，抽水泵站对灌溉用水的提取、输送及分配等消
耗能源，而粮食的生产加工和贮存运输等更需要同时消耗数量可观的水与能源。可见，灌区尤其是现
代大型灌区是典型的水－ 能－ 粮耦合协联系统 ［１４ － １５］ 。
随着我国城镇化与工业化的快速发展，灌区水资源系统在供需两侧皆发生了显著变化。在灌溉需
水方面，因受非农业用水的挤占，我国南方地区近十年来持续出现双季稻改种单季稻现象，这种 “双
改单” 季节性撂荒虽然减少了农田灌溉需水量，却使双季稻种植面积呈不断下降趋势，在一定程度上
浪费了优良的水土光热条件，影响国家粮食安全 ［２２ － ２３］ 。在抗旱供水管理方面，为了应对干旱对区域经
济社会及生态环境的影响，国家防办及水利部水文局于 ２０１１年和 ２０１４年先后提出了江河湖库旱限水
位概念及其确定办法 ［２４ － ２５］ 。有关研究说明 ［２６ － ２８］ ，通过旱限水位对水库蓄、供控制能明显提高水资源
利用效率，取得较为显著的抗旱保灌效果。由于旱限水位的制定目前大多是基于典型来水和供用水资
料进行供水侧或需水侧单向调控，而面向灌区水 － 能 － 粮耦合协调系统关系结构 ［２９］ 的实施供需双侧调
控，可把水资 源 配 置 和 水 利 工 程 调 度 结 合 起 来，实 现 水 资 源 宏 观 配 置 与 微 观 调 控 相 统 一 的 重 要
目标 ［３０］ 。
在前人工作的基础上，本文以灌区水 － 能 － 粮耦合协调关系作为研究对象，综合考虑灌区粮食产
量、水资源供需、农业种植效益以及灌区能源生产与消耗等因素，通过优化调整需水侧作物种植比
例、供水侧水库旱限水位、供需联动侧的作物需水关键期限制供水比例（以下简称 “限供比例”），分
析灌区水－ 能－ 粮三者耦合协调度及其评价指标变化特点，以提高灌区水资源供需的适配性和水资源利
用效率，为灌区水利高质量发展提供参考。

２ 研究区域概况与数据来源

２．１ 研究区域概况 杭埠河灌区位于我国安徽省
中西部，隶属于长江流域巢湖水系，是淠史杭灌区
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的重要组成部分。灌区总面积为 ３０６４ｋｍ ，农业灌
溉是灌区 最 主要 的用 水户，其占 灌区总 用 水 量 的
８０％左右，同时担负着城镇生活、工业生产、生态
环境及向合肥引水的供水任务。随着灌区城镇化和
工业化快速发展，其用水结构发生较大变化，灌区
农业用水与非农业用水之间的矛盾日益加深，不利
于灌区水利高质量发展。灌区骨干水源为龙河口水 图 １ 杭埠河灌区水资源系统的组成结构
库，位于六安市舒城县境内杭埠河上游，是以防洪、灌溉为主，兼顾城镇供水、发电和生态旅游等综
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合利用的多年调节大（ Ⅱ）型水库。水库流域面积 １１２０ｋｍ ，按百年一遇洪水标准设计、万年一遇标准
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校核，总库容 ９．０３亿ｍ 。灌区从水库的牛角冲和梅岭进水闸以 ５５ｍ ?ｓ和 ５０ｍ ?ｓ设计流量分别通过
舒庐、杭北干渠进行引水灌溉，水库设计灌溉面积为 １５５万亩，近年实际灌溉面积一直稳定在 １３６万
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亩左右。在建的龙河口引水工程完工运行后，每年将为合肥提供约 １亿ｍ 的优质水资源，以进一步保
障皖中都市圈的快速发展。
２．２ 数据来源 本文所用数据主要包括 １９６０—２０１４年杭埠河灌区舒城和庐江等气象站点的逐旬降水

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