灌区机井的空间合理布局对于改善灌区生态环境,合理利用地下水资源,保障我国粮食安全等有着极其重要的作用。为了科学利用灌区地表水和地下水资源,以人民胜利渠灌区为研究区域,在用ArcGIS技术分析了灌区地下水利用现状的基础上,使用MATLAB工具,以灌区灌溉净效益最大为目标,建立灌区地表水和地下水联合调度及作物种植结构优化模型,并将优化模型与MODFLOW模型耦合,构建灌区地下水管理模拟模型。针对人民胜利渠灌区供用水特点,设置8个情景方案进行数值模拟,预报了各方案运行5年后的水量和水位数值,初步提出了变化环境条件下灌区地下机井优化布局与水资源合理开发方案,研究结果为灌区进行最严格的水资源管理提供技术支撑。取得的主要结论如下:(1)进行了灌区地下水时空变化趋势及其影响因子分析:随着经济社会的发展,近年来人民胜利渠灌区水资源短缺问题日益严峻,为满足灌区作物灌溉需水,地下水开采量越来越大,研究可知,近35年来,灌区地下水埋深呈不断增加的趋势。降雨量、引黄水量及地下水开采量是影响地下水埋深变化的主要影响因子。受环境变化的影响,目前降雨量和引黄水量呈下降趋势,而灌区的地下水开采量越来越大,灌区井渠灌水比例过大,已经过度开采地下水,某些地域已形成地下水漏斗。为此需要采取措施改变灌区地下水超采状况,防止灌区生态环境进一步恶化。(2)进行了灌区水资源和作物种植面积优化配置:为了改变灌区水资源环境恶化的现状,采用MATLAB编程对引黄水量和地下水资源的配置及作物的种植面积进行了优化,结果表明,若采用优化后的井渠用水和作物种植面积方案,可以抬升地下水位严重下降地区的水位,特别是地下水严重下降区中游3区和下游6区的地下水水位,降落漏斗范围减小,灌区地下水超采情况得到改善。通过优化算法调整后,上游1区、中游2区、4区、5区尚有开发潜力,共计可增加小麦及玉米的种植面积为43710.9hm~2,中游3区和下游6区需要压缩小麦及玉米的种植面积1047.39hm~2。上游1区和中游3区共计需压缩水稻种植面积14952.02hm~2,可显著改善灌区地下水漏斗现状和地下水位严重下降的趋势。(3)建立井渠结合灌区地下水数值模拟模型:为了验证灌区水资源优化配置的准确性,根据多年实测数据使用MODFLOW结合ArcGIS建立了井渠结合灌区地下水动态模拟模型。仿真结果表明,观测点的实际水位和水位的计算结果相比,各点均匀分布在1:1相关线附近,误差在可接受范围内,表明所识别的水文地质参数可以客观反映灌区实际地质情况,MODFLOW模型可用于模拟人民胜利渠灌区地下水的变化。(4)进行了8种情景方案下井渠结合灌区地下水变化模拟预报:结果表明,变化环境条件下,削减灌区的地下水开采量,对地下水位的恢复有着明显的作用,随着地下水开采量削减幅度的增大,全灌区的平均地下水位也在不断上升。平水年间削减10%的地下水开采量,可以使灌区地下水保持动态平衡。预测结果表明,灌区井渠灌水比例调整为1/0.78,灌区规划机井数从原来的20261眼调整为14315眼,可以基本实现地下水采补平衡,显著改善灌区地下水位严重下降的趋势。