京津冀水資源-糧食-能源-生態協同調控研究Ⅰ：方法與模型

常奐宇，趙 勇，桑學鋒，李海紅，何 凡，翟家齊

（1.中國水利水電科學研究院 流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，北京 100038；2.清華大學 水利水電工程系，北京 100084）

1 研究背景

水、糧食、能源是人類生存和社會穩定的三大戰略性支撐要素，也是當前經濟社會可持續發展的重要物質保障［1］。美國國家情報委員會預計到2030年，全球水、糧食和能源的需求量將分別比2012年增加40%、35%和50%，確保充足的水、糧食和能源供給已經成為世界各國面臨的長期壓力［2］。

水、糧食和能源既是相對獨立又是緊密關聯的耦合互饋系統，存在著復雜的相互關系，一個子系統的發展往往需要消耗其他兩個子系統的資源。在過去一段時間，水、糧食、能源之間相互影響的程度較低，但隨著水、糧食、能源系統間相互制約、相互依存的關系加深，任何一個要素的失衡都會嚴重阻礙經濟社會可持續發展，在人口密集和生態脆弱的地區問題尤其突出。如在咸海流域，由于上下游國家對于農業用水和能源補償之間沒有達成共識，導致該地用水無節制增長，進而導致咸海面積萎縮90%，并引發嚴重的生態危機［3］。在美國加州中央谷地地區，由于大規模的地下水開采灌溉導致的地下水位急劇下降，已經引發了眾多生態環境問題，而地下水位下降也使得過去20年中央谷地機井耗電量增加了15%［4-6］。巴西等國家采用生物質能（玉米制乙醇）來部分替代化石燃料，有助于大幅減少溫室氣體排放［7］，但有學者研究發現生物質能在生產過程中將消耗大量水資源［8］，同時農作物被用于生產生物質能，也將對糧食安全帶來不利的影響［9］。……