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渠井结合灌溉模式可以提高灌溉水有效利用率,通过调控地下水位来防止土壤盐碱化,是我国北方灌区的发展方向。但是由于缺乏对水资源的合理配置和统一规划,很多灌区地下水过度开采,采补失衡,出现了一系列生态环境问题,制约了灌区的可持续发展。如何控制渠井灌区地下水位,合理利用地表水和地下水,促进灌区持续发展,是渠井灌区迫切需要解决的问题。渠井灌区是一个复杂的水文系统,一方面水资源配置受地下水可开采量的约束,另一方面水资源利用的时空格局又影响地下水在时空上的补排关系,使地下水可开采量发生变化。以现状年地下水可开采量为约束进行地表水地下水优化分配,难以反映规划年的地下水补排关系及空间分布的变化情况。地下水数值模拟与水资源优化耦合用于管理和分配复杂水文系统的灌区水资源是发展方向。本文以西北典型的渠井灌区泾惠渠灌区为例,基于灌区实际情况,采用基于P-M公式的作物系数法计算灌区近30年主要作物净灌溉需水量,分析历史气候变化和种植结构调整对灌区需水量的影响;采用定额法计算需水量,并进行不同水文年供需水平衡分析;构建了水资源时空优化配置模型与地下水数值模拟模型耦合的水资源联合利用调控模型体系,获得了灌区合理的地表水和地下水的分配方案。主要的研究内容及结果如下:(1)计算和分析灌区主要作物的净灌溉需水量,并分析气候变化及种植面积的调整对灌区灌溉需水量的影响。结果表明,泾惠渠灌区降水量的减少和ET0的增加等气候变化使灌区主要作物净灌溉定额呈增加趋势;种植结构的调整,减少了小麦、玉米和棉花等作物的种植面积,增加了蔬菜、水果等经济作物的种植面积,灌区总的种植面积呈减少趋势;在总种植面积下降、种植结构调整和气候变化的综合作用下,灌区净灌溉需水量呈小幅度的增加趋势。(2)采用定额法预测灌区需水量,根据灌区已有研究资料,初步确定地下水可开采量,并进行灌区供需平衡计算分析。灌区总需水量2010年25%、50%、75%保证率分别为42666万m3、50273万m3、66190万m3,2020年25%、50%、75%保证率分别为42003万m3、47833万m3、62637万m3,2030年25%、50%、75%保证率分别为41772万m3、47387万m3、61481万m3。灌区丰水年(25%)和平水年(50%)都不缺水,枯水年(75%)现状、2020年及2030年分别缺水5106万m3、3589万m3及2151万m3。(3)建立水资源时空优化配置模型,采用人工鱼群算法和粒子群算法优化求解,得到了灌区不同水平年水资源时空优化配置的初次分配结果,为地下水模拟研究提供了数据支撑。(4)根据泾惠渠灌区水文地质概念模型,采用地下水模拟软件Visual MODFLOW对泾惠渠灌区地下水进行数值模拟并进行验证。结果表明,模型模拟的各观测井的水位值与实测值拟合较好,能较好的刻画灌区地下水流的实际状况,可以对灌区的地下水位动态变化进行模拟。(5)以地表水供水量和地下水开采量为耦合变量,将灌区水资源优化配置模型和地下水模拟模型进行耦合,建立了优化与模拟相结合的灌区水资源联合利用优化模型,结果表明,2020年和2030年25%和50%保证率各月都不缺水,枯水年在2020年和2030年灌溉缺水分别为4489万m3和3941万m3,主要分布在3月、6月、7月、8月需水高峰期和高含沙时期。2020年丰、平、枯水年地表水供水量分别为30564、33759、40648万m3,地下水开采量分别为11439、14074及17500万m3,平均地下水位变幅分别为0.48m、0.06m、-0.45m。2030年丰、平、枯水年地表水供水量分别为29315、32967、41430万m3,地下水开采量分别为12457、14420及16100万m3,平均地下水位变幅分别为0.23m、-0.03m、-0.26m,基本上实现多年采补平衡。耦合地下水模拟的渠井灌区水资源时空优化配置模型,既可以充分利用地表水和地下水,又可控制地下水位的下降,同时获得的不同水文年地表水和地下水的时间和空间优化方案,可指导灌区合理配水,是渠井灌区水资源联合调控的有效途径。