图1  基于 FloPy 和 NSGA-III 的渠井结合灌区水资源多目标模拟-优化框架概念图

在国家自然科学基金面上项目（批准号：52579045）和新疆干旱农业研究所科技创新专项项目（XJHQNY-2025-8）等科研基金的资助下，西北农林科技大学水利与建筑工程学院降亚楠副教授团队围绕“如何解决灌区水资源配置研究中的模型简化过度、空间异质性考虑不足及多目标决策平衡困难”的关键科学问题，提出了“基于 FloPy 和 NSGA-III 的渠井结合灌区水资源多目标模拟-优化框架”。该框架在理论上实现了水文模型与优化算法的深度集成，在实践上可为管理者提供兼顾经济效益、作物水分生产力、水资源损失、资源分配公平性及地下水位变幅波动的决策依据。研究成果以“A many-objective simulation-optimization framework for integrated water resources management in canal-well combined irrigation area based on FloPy and NSGA-III”为题，于2026年1月8日在线发表在中科院1区期刊Ecological Indicators杂志上，论文链接:https://dog.org/10.1016/j.ecolind.2025.114581。

在全球范围内，灌区贡献了40%的粮食产量，但也消耗了70%的全球淡水资源。尤其在干旱和半干旱地区，地表水资源极度匮乏，农业生产高度依赖地下水。然而，长期的地下水超采导致了水位持续下降、机井出水量减少以及生态环境恶化。尽管渠井结合灌溉模式在一定程度上缓解了供需矛盾，但如何根据不同水文年以及复杂的作物种植结构，解决作物需水与水源供给的季节性矛盾，科学合理地配置渠道引水和机井抽水的协同运作比例，仍是目前水资源集约化管理的难点。

针对这一难题，研究团队提出了渠井结合灌溉的多目标模拟-优化框架，该框架能够实现以下目标：（1）能够有效权衡多个相互竞争的决策目标，并生成高质量的Pareto前沿解集；（2）能够定量计算出不同水文年的最佳渠灌引水和机井抽水量的配比，推荐方案显示，在丰水年、平水年和枯水年的渠井灌溉比分别为1:2.25，1:1.19和1：1.74；（3）优化后的配置方案能够实现地下水位年度波动控制在合理区间。具体为丰、平和枯水年的平均地下水位变幅分别为+0.82m，+0.063m和-0.26m，进而实现了地下水资源“丰储枯用”的动态管理效果；（4）能够根据各行政分区依据其独特的作物结构和水文地质条件，制定差异化的灌溉管理策略。该研究对促进农业可持续发展和生态可持续性具有重要参考价值。