Page 80 - 2023年第54卷第7期

控制过程中增加了对水稻需水关键期的识别，使得水
资源在不同作物以及同一作物不同生育期之间实现
“以前补后” 的目的，粮食因旱减产量 进 一步降低，
最终粮食子系统评价指数提高到 ０．３７９。最后，方案
④在方案① 和 ③ 基 础 上 对 灌 区 供 需 双 侧 联 合 调 控，
在提高水资源供需适配性的同时也进一步提升了粮
食子系统的运行效果，其综合评价指数达到了最大
而提高到 ０．５１９。
图 ５ 干旱年份粮食子系统不同方案综合评价指数变化
（ ２）灌区水资源和能源子系统。由图 ６可以看出，
方案①在现状基础上提高了双季水稻种植面积，使干旱年份各用水部门的缺水程度有所加重，水资源子
系统综合评价指数均值由现状的 ０．４１５降为 ０．３２９，这也是系统运行效果最低的方案。方案②只通过旱
限水位改变水库的蓄供过程，实现干旱年份水资源在不同部门的分配，即主要通过对灌区农业用水进
行部分削减，从而保障生态、城镇引水的用水安全，使得灌区水资源子系统干旱年份平均综合评价指
数升高到 ０．４７７。方案③通过优化旱限水位和主要作物生育期需水特性的识别，使得在保证非农业用水部
门用水安全的前提下，兼顾对农业生产供水过程的优化，较方案②明显降低了水稻需水关键期缺水量，
也使得水能源子系统呈现小幅度下降至 ０．４６９。方案④在对灌区水资源供需双侧协调优化之后，明显提
升了灌区水资源利用效率和各用水部门的保障程度，干旱年份水资源子系统综合评价指数多年平均值
为 ０．４０２。由以上水资源子系统变化情况可知，调整灌区水稻种植比例在提高粮食产量的同时，也会
增加干旱年份水资源供需矛盾，从而降低灌区水资源子系统综合评价指数，这是通过牺牲部分水资源
子系统运行效率以提高粮食子系统和整体水－ 能－ 粮耦合协调系统的运行效果。由于灌区能源子系统与
作物能源投入量密切相关，因此通过方案①对灌区水稻种植比例进行优化调整时，灌区农业种植需要
消耗的能源数量也随之急剧增加，导致灌区能源消耗上升的同时，能源子系统评价指数显著下降，干
旱年份该子系统综合评价指数年均值由现状条件下 ０．５９５降为了 ０．５１６。方案②和③在方案①的基础上
通过水库旱限水位的控制，实现了对合肥供水量的提升以及提水泵站灌溉水量的增加，加剧了能源消
耗，导致能源子系统综合评价指数干旱年份年均值较现状分别降为 ０．５７７和 ０．５８３。方案④由于水稻种
植面积的进一步提升，导致了灌区能源子系统的进一步下降，综合评价指数的干旱年份均值则变为
０．４７５。

图 ６ 干旱年份不同方案水资源和能源子系统综合评价指数变化

综上可见，通过系统优化可以用较小的水资源子系统损失和较大的能源子系统消耗，换取粮食子
系统运行效果的最大改善。
４．２ 灌区水稻种植比例优化结果 在综合考虑灌区水 － 能 － 粮系统协调关系的基础上，对灌区水稻种
植比例进行优化得到不同方案对应的优化作物种植结构，如表 ５。
从表 ５可以看出，基于水－ 能－ 粮纽带关系对灌区作物水稻种植结构、分级分期旱限水位及作物需
水关键期限供比例的逐步优化，在考虑灌区水－ 能－ 粮系统耦合协调优化的前提下实现了水稻种植面积

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