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的人口，９．４％的 ＧＤＰ和 ８．２％的灌溉面积 ［９］ 。随着人口和产业的大量聚集，过去数十年京津冀地区水
资源、粮食和能源的需求量不断增加，同时对生态要求也不断增强，水资源短缺已经严重制约了地区
粮食和生态的可持续发展。２０１８年海河流域生态基流平均达标率为全国最低水平 ［１０］ ，用水结构的变
化也进一步增加了社会水循环耗能和碳排放量 ［１１］ ，整个地区水－ 粮－ 能－ 生耦合系统处于失衡状态，而
由此伴随的社会水循环耗能增加 ［１２］ 、地下水超采和河流干涸等生态环境破坏 ［１３ － １４］ 问题也很大程度上
影响着首都安全、京津冀协同发展战略以及雄安新区的建设。由于水 － 粮 － 能 － 生耦合系统间存在复杂
的相关关系和联动机制，而耦合系统交互作用的核心是自然 － 社会水循环过程，因此开展水 － 粮 － 能 －

生关联视角下多水源协同调控研究，对于保障京津冀地区水安全、粮食安全、低碳发展和生态健康十
分必要。
本文根据京津冀水－ 粮－ 能 － 生系统紧密耦合的特征，基于上篇构建的水 － 粮 － 能 － 生协同调控模
型 ［１５］ ，分析水－ 粮－ 能－ 生关联视角下耦合系统的互馈机制与模拟结果，探索符合京津冀水 － 粮 － 能 － 生
耦合系统协同发展的调控方案，为解决相关地区水资源、粮食、能源、生态之间失衡问题提供技术
参考。

２ 京津冀水－ 粮－ 能－ 生模型构建和情景设置

２．１ 研究区水系统概化 研究区范围为京津冀及相关流域，通过水资源三级区（１８个）叠加县级行政
分区（１７７个）的方式，共划分 ２８５个计算单元，每个计算单元是计算水资源供需平衡、粮食生产、社
会水循环能源消耗和河湖生态需水的基本单元，不同计算单元根据自然水系建立汇流关系，可以实现
上游用排水和下游取用水之间的动态响应。此外模型还设置有 ２９座大型水库和 ９０个打包的中小型概
化水库等供水节点，以及南水北调中线、引黄入冀补淀、南水北调东线等跨流域调水工程与引滦入
津、引青济秦等流域 内调 水工 程，实 现 不 同 计 算 单 元 间 人 工 取 供 水 水 量 的 流 动。通 过 采 用 概 化 的
“点———调配工程节点”、“线———水力联系”、“面———计算单元” 元素表达，对不同水利工程和单元
水力联系以及地理联系抽象和概化，共同组成了京津冀及相关流域水系统概化图，如图 １所示。
２．２ 模型基础资料
（１）自然－ 社会水循环过程率定验证。采用研究区 １９６１—２０００年历史水文、气象数据对模型自然
水循环过程进行率定和验证，水文站断面流量验证结果显示，京津冀地区 ６个典型水文站 Ｎａｓｈ系数在
０．６５以上，相关系数在 ０．８以上；京津冀各地市地表水资源量验证结果显示，多年平均模型模拟结果
与实际地表水资源量的相对误差率为 ６．２％；京津冀各地市实际用水量验证结果显示，水资源配置模
拟结果和实际用水量的相对误差率为 １．２％。因此模型能够较好地模拟京津冀自然水循环和水资源配
置过程，详细的率定验证过程参考文献［９］。
（ ２）本地可利用水量。京津冀本地可利用水源包括地表水、地下水和非常规水。根据 《海河流域
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水治理战略研究》 ［１６］ ，２００１—２０１６年流域多年平均地表水资源量为 １２１．８亿ｍ ，其中京津冀地区多年
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平均地表水可利用量为 ７５．１亿ｍ ，入境可利用水量为 ２２．０亿ｍ 。为维持采补平衡，京津冀地区地下
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水可开采量为 １１４亿ｍ 。非常规水包括雨水利用、海水淡化以及再生水回用，未来随着用水量变化和
再生水回用率提高，京津冀地区非常规水可利用量将进一步增加。
（ ３）外调水量。２０１４年南水北调 中线 一期工程 和引 黄工 程 已 通水 运 行，根 据当 地水 资源公报，
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２０１８年南水北调中线向京津冀地区供水 ４４．２亿ｍ 。根据 ２００２年国务院批复的 《南水北调工程总体规
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划》，南水北调中线一期达效后向京津冀供水量为 ４９．５亿ｍ ，中线工程二期向京津冀可增加供水量
１５亿ｍ ３［１７ － １８］ 。引黄入冀补淀工程补水量为 ６．２亿ｍ ３［１９］ 。根据 《南水北调东线二期工程规划报告》，
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按照东线二期工程通水后向京津冀供水 ２５．４亿ｍ 进行情景设置 ［２０］ 。考虑引滦工程和南水北调工程可
以在天津实现水力联系，因此在南水北调后续工程规划中，通过调整现状引滦水向天津、唐山的分水
比例，可以实现南水北调工程效益向北延伸到滦河流域 ［２１］ 。

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