水资源短缺和生态环境恶化问题,已成为制约我国西北内陆河流经济可持续发展的关键因素。科学合理的把握流域社会、经济、生态之间的用水协调关系是建立内陆河流域可持续发展和实现人水和谐的重点。随着社会的发展,人类活动更多的参与到水资源的开发利用中,天然水循环过程也发生巨大的变化,形成了受自然和人工共同作用的二元水循环模式。因此,基于二元水循环过程的内陆河流域水资源优化配置研究,能更好的反映流域用水实际,对解决内陆河流域的用水矛盾有重要意义。论文的主要研究内容和取得的主要结论如下:(1)分析了目前国内水权分配的主要方法,提出西北内陆河流域水资源使用权的优化分配原则,考虑不同规划年可利用水资源量和净需水量,以流域人均自产粮食需水要求为水资源使用权分配的约束下限,建立了基于公平和高效的水资源使用权多目标优化分配模型,计算得到不同规划水平年下分别考虑外调水和自产水情况下的流域水资源使用权的分配方案,自产水资源水权分配结果为凉州区7.26亿m~3,民勤县2.94亿m~3,古浪县1.04亿m~3,天祝县0.14亿m~3,金川区2.11亿m~3,永昌县2.52亿m~3,肃南县0.16亿m~3,与《石羊河流域重点治理规划》分配结果比较,各区分配水权与《规划》分水方案基本一致,但模型分配结果总体偏大,优化模型水量主要分配到经济较为发达的凉州区、民勤县、金川区、永昌县四区,其中凉州区和民勤县灌溉农业发达,为保障流域粮食生产,水权分配较大。金川区和永昌县是新兴工业区,经济发展迅速,因此分配得较多水权。(2)针对内陆河流域水资源多次转化多次利用的特点,按水力联系将内陆河流域水系统分为独立的子系统,按水资源转化特点和用水格局将各独立水系统划分为渠灌区、井灌区和渠井混灌区。建立了水均衡模拟模型和人工神经网络模型分别模拟石羊河流域渠灌区与井灌区之间和井灌区与渠井混灌区之间的水资源转化过程。经检验,模拟模型精度较好,可用于石羊河流域二元水循环模式下水资源转化过程的模拟。(3)基于二元水循环理论,建立了以水资源转化过程为基础的流域水资源优化配置模型。各子系统以渠灌区、井灌区和渠井混灌区为三个一级计算单元,每个一级计算单元由若干灌区(二级计算单元)组成。建立一级计算单元和二级计算单元两层水资源优化配置模型,一级计算单元间的分配以灌溉用水效益最大为目标,二级计算单元以公平用水为配置目标。(4)将一级计算单元的优化模型耦合到水资源转化模拟模型中,在优先满足生活用水、生态用水和二、三产业用水的基础上,满足流域人均420kg粮食需求,采用模拟寻优的方法分配农业灌溉用水,获得一级计算单元间的水资源优化配置。在丰、平、枯水平年三种来水情况下,2015年总毛用水分别为22.16亿m~3、22.14亿m~3、18.8亿m~3。平水年情况生活、生态、农业及二、三产用水分别占总用水的5.2%、8.2%、74.3%、12.3%。2025年总毛用水分别为22.49亿m~3、22.1亿m~3、19.38亿m~3。平水年情况生活、生态、农业及二、三产用水分别占总用水的6.1%、8.9%、71.4%、13.6%。(5)以公平用水为目标,将一级计算单元优化配置结果通过第二层优化模型分配到二级计算单元,进而分配到行政区。优化分配结果为,平水年情况2015年凉州区为10.67亿m~3、民勤县为3.32亿m~3、古浪县为0.68亿m~3、金川区为2.74亿m~3、永昌县为4.7亿m~3,2025年凉州区为10.43亿m~3、民勤县为3.47亿m~3、古浪县为0.69亿m~3、金川区为3.06亿m~3、永昌县为4.44亿m~3。从近期到远期规划年,以农业为主的凉州区、古浪县、永昌县用水稍有下降,以工业为主的金川区用水有所增长。为保证民勤绿洲生态目标,民勤县生态配水均处于较高水平。