Page 77 - 2023年第54卷第7期

式中：Ｄ是灌区水－ 能－ 粮耦合系统耦合协调度长系列平均值；Ａ（ｌ）为灌区水稻 ｌ的种植面积，ｌ ＝ １，
２，３分别为早稻、中稻和晚稻；Ｚ （ｐ）和 Ｚ （ｑ）分别是不同预警时期的水库旱警水位和旱枯水位，
ｄｗ ｄｄ
ｐ ＝ １ 、２、３、４分别为 １０月—次年 ４月、５—６月、７—８月以及 ９月共 ４个时段，ｑ ＝ １ 、２分别为 １０月
—次年 ４月、５—９月两个时段；Ｓ （ｋ）和 Ｓ （ｋ）分别为灌溉期第 ｋ个需水关键期的水库旱警、旱枯时
ｄｗ ｄｄ
限供比例，其中 ｋ ＝ １ ，２，３分别为早、中、晚稻需水关键期。
３．３．４ 主要约束条件
（１）库塘水量平衡约束：
Ｖ ＝ Ｖ＋ Ｆ＋ Ｐ－ Ｅ－ Ｗ － Ｑ－ Ｗ （７）
ｔ ＋ １ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ｔ ｌ，ｔ
式中：Ｖ、Ｖ 分别为库塘 ｔ时段初蓄水量和时段末蓄水量；基于水旱作物生长特点对各年计算时段采
ｔ ＋ １
ｔ
用不等距方式，即 ５月—１０月 ｔ为旬、１１月—次年 ４月 ｔ为月；Ｆ为 ｔ时段库塘来水量；Ｅ、Ｐ分别为
ｔ ｔ ｔ
ｔ时段水面蒸发量、降水量；Ｗ、Ｑ为时段 ｔ库塘的实际供水量、弃水量；Ｗ 为库塘第 ｔ时段渗漏损
ｔ ｔ ｌ，ｔ
失水量。
（２）需水量约束：
Ｗ ≤Ｎ （８）
ｇ，ｔ ｕ，ｔ
式中：Ｗ 为 ｔ时段灌区水利工程 ｇ实际供水量；Ｎ 为 ｔ时段各用水户 ｕ实际需水量。
ｕ，ｔ
ｇ，ｔ
（ ３）水电站及泵站应满足系统出力约束：
Ｎ ≤Ｎ≤Ｎ （９）
ｍｉｎ ｔ ｍａｘ
式中：Ｎ为灌区水电站或泵站 ｔ时段的出力；Ｎ 、Ｎ 分别是水电站机组或泵站的最小出力和装机容量。
ｍａｘ
ｔ
ｍｉｎ
（４）骨干水库供水限制线约束：
Ｚ ｍｉｎ，ｔ ≤Ｚ ≤Ｚ ≤Ｚ ｍａｘ，ｔ （１０）
ｄｗ，ｔ
ｄｄ，ｔ
式中：Ｚ ｍｉｎ，ｔ 为水库死水位；Ｚ 为水库第 ｔ时段旱枯水位；Ｚ 为水库第 ｔ时段旱警水位；Ｚ ｍａｘ，ｔ 为水库
ｄｄ，ｔ
ｄｗ，ｔ
正常蓄水位或汛限水位。
（５）耕地面积约束：
ｎ ｃ
∑ ａ ＝ Ａ ｔｏｔ （１１）
ｉ ｃ
ｉ ｃ ＝１
式中：ａ为第 ｉ作物种植面积；Ａ 为灌区总灌溉耕地面积；ｎ为作物总数量。
ｉ ｃ ｃ ｔｏｔ ｃ
（ ６）各用水户供水保证率约束：
城镇供水保证率 ９５％以及生态供水保证率 ８０％等灌区运行要求。
３．３．５ 模型求解 上述构建的灌区水－ 能－ 粮系统耦合协调度评价模型和优化调控模型，优化决策变量
包括灌区水稻种植面积 ２个、水库分级分期旱限水位及其限供比例各 ６个共计 １４个。采用实数编码的
加速遗传算法进行求解 ［３３］ ，该算法对于水利工程方案设计中的非线性、组合优化等问题的求解具有很
强的适应能力。

４ 结果与分析

为了直观展现不同优化措施对灌区水－ 能－ 粮耦合协调度的影响，这里选取了 ４种方案与灌区现状
条件进行对比：方案①为灌区需水侧调控，即对灌区主要粮食作物水稻的种植比例进行优化；方案②
③为水库供水侧调控，前者按文献［２５］确定旱限水位，后者通过加速遗传算法（ＡＧＡ）优化水库旱限水
位和水稻需水关键期限供比例；方案④为灌区水 － 能 － 粮系统供需双侧联合优化调控，即水稻种植结
构、水库分级分期旱限水位及水稻需水关键期限供比例同时作为调控变量。
４．１ 不同方案灌区水－ 能－ 粮系统耦合协调度变化分析
４．１．１ 灌区水 － 能 － 粮系统综合运行结果 为对比分析不同优化控制方案对灌区水 － 能 － 粮耦合系统综
合运行效果的影响，以 １９６０—２０１４年水文气象数据为输入，在水 － 能 － 粮系统现状运行基础上，分别
采用以上 ４种优化方案对系统进行模拟控制运行，得到灌区水－ 能－ 粮耦合协调评价结果及各指标多年

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