由于地形和气候等的影响,我国水资源虽然总量丰富,但时空分布不均,尤其是南北分布差异较大。我国是传统的农业大国,为确保粮食生产,多年来一直大力发展灌溉农业,因此农业用水量较大,特别是在西北干旱半干旱地区,农业用水量占比可达70%。土地与水资源空间分布的错位,使大型灌区对北方农业高产和稳产起决定性作用。灌区水资源的可持续利用是农业可持续发展的基础,对经济社会的发展起重要作用。渠井结合灌溉模式可以有效提高灌区灌溉水利用效率,通过确定合适的渠井用水比例,控制灌区地下水位保持在合理范围。但是近年来由于水资源短缺、渠井用水调配不合理以及管理制度不完善,很多灌区地下水开采量偏大,导致采补失衡,地下水水位持续下降,进而引发一系列生态环境问题。如何合理利用灌区地表水和地下水资源,并控制灌区地下水保持在合理区间,是渠井结合灌区迫切需要解决的问题。构建水资源模拟优化模型对以地表水和地下水为主的灌区水资源进行优化配置是解决灌区水问题、实现灌区水资源可持续高效利用的重要途径。目前的国内外的研究趋势是从多个方面尝试将模拟模型和优化算法耦合起来,构建新的水资源模拟优化模型。由于水资源模拟优化模型的复杂性,目前其求解多借助于遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等启发式的优化算法,这些算法有时需要频繁地调用和运行模拟模型,随着优化模型优化目标的增多,模拟优化模型容易由于运行时间较长而降低其实用性,因此迫切需要通过多种途径提高模拟模型的运行速度和优化模型的求解效率。本研究选择北方具有典型代表性的渠井结合灌区——陕西省泾惠渠灌区,基于Python语言,通过紧密耦合目前最新的多目标遗传算法NSGA-Ⅲ和地下水数值模拟软件Flo Py构建了渠井结合灌区水资源模拟优化模型,对解决灌区水资源短缺、实现灌区水资源的可持续利用和生态环境的良性循环具有重要的理论意义和应用价值。研究取得的主要结论如下:(1)概化了灌区水循环系统,指出降水及气温是灌区水循环影响较大的自然因素;渠灌引水量、地下水开采量、土地覆盖类型是影响较大的人为因素。并计算分析了灌区有效降雨量、主要作物各水平年的灌溉需水量。(2)根据灌区具体下垫面状况、土地覆盖数据得出作物种植结构及空间分布,结合灌区不同水平年灌溉制度,通过使用Flo Py对地下水数值模拟模型网格中每一个网格设置不同的源汇项,可以使得灌区地下水流数值模拟模型更符合灌区实际。(3)选择水分生产力最大为社会目标,灌区总经济效益最大为经济目标,灌溉水损失量最小为资源目标,各行政区引渠水基尼系数最小为公平目标,耦合地下水数值模拟模型提供的地下水位波动目标构建渠井结合灌区多目标水资源模拟优化模型,通过Python语言编写的Flo Py及Pymoo,使用计算机内存共享数据,极大地提高了计算速度和求解效率,实现了模拟优化模型的紧密耦合。并通过Pymoo框架下NSGA-Ⅲ算法优化求解,得到了泾惠渠灌区不同水平年水资源优化配置方案集。(4)优选的优化配置方案表明,合理调节各行政区不同灌季的渠灌引水量和井灌开采量,可以使地下水位年内波动变缓,并使灌区地下水位保持在合理区间内。灌区果园和耕地的渠井用水比例在丰水年为1.63和1.45,平水年为1.46和0.93,特枯水年为1.66和1.62时,地下水水位变幅较小,丰水年地下水位上升、平水年地下水位稳定、特枯水年地下水位下降,实现地下水的丰储枯用这一调蓄目标。