Page 78 - 2023年第54卷第7期

均值如表 ４。
表 ４ １９６０—２０１４年不同方案下灌区水－ 能－ 粮耦合系统耦合协调评价结果及各指标多年平均值

指标 现状 方案① 方案② 方案③ 方案④
系统综合评价指数 Ｔ ０．６１８ ０．６２５ ０．６２３ ０．６３０ ０．６４１
系统耦合度 Ｃ ０．９５７ ０．９６９ ０．９５８ ０．９６３ ０．９７５
系统耦合协调度 Ｄ ０．７５９ ０．７７８ ０．７６３ ０．７７０ ０．８０２
水库年供水量 ｘ １ ?万ｍ ３ ５７０６２ ５９４４７ ５７０３７ ５７０４２ ５９９７７
塘坝年供水量 ｘ ２ ?万ｍ ３ ３０９３０ ３１９６６ ３０８０９ ３０７９８ ３２２８２
水库年弃水量 ｘ ３ ?万ｍ ３ ３０４９９ ２８０５４ ３０５０６ ３０５０２ ２７４７７
合肥引水年缺水量 ｘ ４ ?万ｍ ３ １３２７ １４６７ １２２４ １２３８ １２９１
生态年缺水量 ｘ ５ ?万ｍ ３ ５７４ ６５３ ５０５ ５３２ ５７５
农业灌溉年缺水量 ｘ ６ ?万ｍ ３ ７５３１ ９０３３ ８２７１ ７６８４ ９１４４
水库年发电效益 ｘ ７ ?（万ｋＷｈ） １５９７ １６４９ １６１３ １６１５ １６６２
提水泵站耗电量 ｘ ８ ?（万ｋＷｈ） ５６５３ ５７１０ ５７４４ ５７０９ ５８０１
农业能源投入量 ｘ ９ ?万元 ２８８０２ ３１３９５ ２８８０２ ２８８０２ ３１７２５
灌区粮食年产量 ｘ １０ ?万ｋｇ ８５２８０ ９２６３１ ８４６７９ ８５６６７ ９４１２５
粮食年生产效益 ｘ １１ ?万元 ２８１８８ ２５３２１ ２６８７４ ２８９６２ ２４９２６
３
灌溉水分生产率 ｘ １２ ?（ｋｇ?ｍ ） ４．５６３ ４．０８５ ４．５６６ ４．５８５ ４．０９９
复种指数 ｘ １３ ?％ １．４８ １．６１ １．４８ １．４８ １．６４
灌区农业种植成本 ｘ １４ ?万元 １４４１５０ １６３９２７ １４４１５０ １４４１５０ １６７２０３
作物因旱年减产量 ｘ １５ ?万ｋｇ ５２１６ ６１８１ ５８１４ ４８０８ ６０７８

由表 ４可见，不同控制方案下系统运行的综合评价指数 Ｔ都有改善，相较于系统现状，种植结构
优化调整和旱限水位优化控制分别使 Ｔ提高了 １．１２％和 １．９４％，而供需双侧调控的方案④提高达到了
３．７２％。现状和各方案的系统耦合度 Ｃ都处于 ０．９５以上的较高水平，说明本灌区水、能、粮子系统间
具有紧密的协调互馈关系，即对任一子系统的调控同时会影响其他两个子系统的运行结果进而导致总
系统运行效果的非线性改变。由于灌区是可以根据雨情、水情和工情，通过人为控制水利工程进行水
量调配的水资源与经济社会复合系统，因此系统耦合协调度 Ｄ现状已达 ０．７５９，按文献［８］定义的耦合
协调阶段判别标准处于 “中级耦合协调” 状态，而各优化方案通过供、需调整对 Ｄ都有不同程度的提
高，尤其是供需双侧调控的方案④更是提高到 ０．８０２，达到 “良好耦合协调” 状态。以上结果也揭示
出，通过调整灌区种植结构与水库供水规则可以实现水－ 能－ 粮系统耦合关系协调发展目的。
系统各指标表现方面，需水侧调控方案①与现状对比可知，种植面积增加 １９．５３万亩，增幅为
１４．９８％。种植结构的优化调整使得灌区水稻种植面积大幅提高，而水资源和能源子系统各指标呈现降
低趋势，这是由于双季稻种植比例上升使得粮食增产和水资源得到进一步充分利用的同时，也激化了
灌区水资源供需矛盾，使得各用水部门缺水程度加重，另外，种植结构的调整还导致农业种植过程中
的能源消耗增大以及提水灌溉泵站耗能增加，因此水资源和能源子系统运行效果同步降低，但总体上
水－ 能－ 粮系统耦合协调度是呈现小幅度提高的。
供水侧调控是通过干旱年份旱限水位和限供比例的启用，方案②和③与现状运行结果对比可知，
供水侧调控通过 “限前供后” 能够针对性地降低农业灌溉用水的破坏深度和时长，同时也以牺牲部分
农业用水保障非农业用水，其中合肥引水年缺水量、生态年缺水量和灌溉水分生产率等指标改善明
显。相较于方案②，方案③在优化的旱限水位基础上，根据灌区水稻需水关键期优化确定不同阶段旱
限水位对应的限供比例，从而在保障非农业用水部门供水安全的前提下，尽量降低对粮食生产的破
坏，在一定程度上弥补传统旱限水位限供比例过于依赖经验而过度限供导致农业受旱更加严重的弊
端，其作物因旱年减产量、农业灌溉年缺水量等较方案②表现更好。
方案④在方案①和③的基础上，通过水资源供需双侧调控，即同时优化水稻种植结构、旱限水位

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