供需双侧调控下水稻灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化研究.pdfVIP

水利学报

２０２３年７月ＳＨＵＩＬＩＸＵＥＢＡＯ第５４卷第７期

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文章编号：０５５９９３５０（２０２３）０７０８２９１４

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供需双侧调控下水稻灌区水能源粮食

系统耦合协调评价与优化研究

１，２１１，２１３３

张礼兵，康传宇，金菊良，白亚超，章启兵，陈小凤

（１．合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥２３０００９；

２．合肥工业大学水资源与环境系统工程研究所，安徽合肥２３０００９；

３．安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院，安徽蚌埠２３３０８８）

摘要：对于水资源主要消耗用户和粮食重要生产基地的大型灌区，进行供需双侧调控是缓解灌区水资源供需矛

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盾、提高区域高质量可持续发展的重要途径之一。为了揭示灌区水能源粮食复杂的协调关系，针对性地开展系

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统优化调控。首先基于系统评价理论构建大型灌区水能源粮食系统耦合协调度评价模型，再基于灌区水资源系

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统模拟模型，以灌区水能源粮食耦合协调度最大为目标，以灌区主要作物水稻种植比例、水库分级分期旱限水

位、水稻需水关键期限制供水比例作为优化调控变量，结合加速遗传算法，开展基于水资源供需双侧优化调控的

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灌区水能源粮食系统耦合协调评价与优化调控研究。杭埠河灌区应用结果显示：优化调控确定的灌区水稻种植

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比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限供比例，相较于灌区运行现状能提高水能源粮食系统耦合协

调水平，双季稻种植面积一定程度恢复使粮食产量明显提高，优化的水库旱限水位及水稻需水关键期水库限供比

例，可在提升灌区干旱年份水资源利用效率的同时，较好地降低粮食作物因旱减产损失。可见，开展灌区供需双

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侧优化调控能显著提高灌区水能源粮食系统耦合协调性和适配性，可为提高水资源利用效率、布局主要粮食作

物生产以及落实灌区水利高质量发展实施途径提供参考。

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关键词：大型灌区；水能源粮食系统；耦合协调优化；供需双侧调控；水库旱限水位；种植比例；限供比例

中图分类号：ＴＶ２１３．９文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ

１研究背景

水安全、粮食安全和能源安全是人类文明不断进步、经济社会可持续发展的重要支撑。２０１１年

１１月德国在波恩召开的国际性会议首次将水安全、能源安全和粮食安全之间的关系定义为一种“纽带

关系”，指出这三种资源间存在着复杂的关联关系，尤其是在生产、消耗与管理中普遍存在着潜在冲

突而需要权衡取舍，任何基于单一资源的战略都将会产生严重的后果［１］。该观点自提出以来得到了国

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内外学界的持续关注与研究。学者们尝试从不同角度、采用不同方法对水能源粮食（以下简称

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“水能粮”）纽带关系进行探讨，目前理论探索与实证研究尚处于起步阶段