中國水-能-糧耦合系統(tǒng)協(xié)同安全發(fā)展戰(zhàn)略研究

Research on the collaborative safety development strategy of Water-Energy-Food Nexus in China

王浩，姜珊，朱永楠，趙勇，何凡，何國華，李溦

（中國水利水電科學研究院流域水循環(huán)模擬與調控國家重點實驗室，100038，北京）

摘要：水是水-能-糧（WEF）耦合系統(tǒng)的核心要素，為保障國家糧食和能源安全，必須加強水資源管理，堅持水資源、能源和糧食協(xié)同安全發(fā)展。在系統(tǒng)總結國內外WEF耦合系統(tǒng)紐帶關系研究進展、科學認識WEF基本內涵的基礎上，分析了我國各省份水資源、能源、糧食開發(fā)利用過程中存在的問題，揭示當前WEF耦合系統(tǒng)發(fā)展面臨的能源需求持續(xù)增長與能源安全結構性矛盾日益凸顯、不穩(wěn)定因素加劇糧食安全風險、資源不匹配帶來水資源約束趨緊、高質量發(fā)展對水-能-糧-生提出更高要求四大挑戰(zhàn)，圍繞區(qū)域特點和高質量發(fā)展目標，針對性提出了區(qū)域可持續(xù)發(fā)展模式與策略。研究建議，在西北資源富集地區(qū)，通過“四水四定”、水權交易及調水工程緩解水資源短缺；在京津冀地下水超采區(qū)，優(yōu)化糧食安全布局，強化水與能源協(xié)同調控；在東北糧食增產區(qū)，拓展糧食生產空間，保護水資源合理開發(fā)利用；在南方水資源豐沛區(qū)，深化農業(yè)供給側結構性改革，統(tǒng)籌“水風光儲”一體化開發(fā)，以期為實現(xiàn)綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展路徑提供科學支撐與決策參考。

關鍵詞：水-能-糧耦合系統(tǒng)；協(xié)同安全；資源稟賦；供需比；可持續(xù)發(fā)展

作者簡介： 王浩，中國工程院院士，正高級工程師。

基金項目： 國家重點研發(fā)計劃（2023YFC3206502）。

水、能源、糧食是人類社會賴以生存和發(fā)展的三大物質基礎和戰(zhàn)略資源。在經濟全球化背景下，人口增長、經濟發(fā)展正在不斷擴大全球對水、能源、糧食的需求。根據統(tǒng)計數據，2023年世界人口已超80億人，2030年和2050年將分別增長至85億人和97億人，預期在2080年達到峰值約104億人，之后將維持在這一水平直至2100年。到2030年，全球農產品需求預計將以每年1.2%的速度增長，同時全球能源總需求將達到670EJ，預計到2050年仍將持續(xù)增長。當前全球面臨嚴重缺水問題，約10%的人口居住在高度或嚴重缺水的國家和地區(qū)。缺水引發(fā)了諸多生態(tài)問題，21世紀初每年全球地下水超采量1000億~2000億m³，約占當年地下水總開采量的15%~25%。預計到2050年，面臨缺水問題的城市人口將增加至17億～24億人。所以，最大程度協(xié)調水資源、能源生產與糧食生產之間的適配性，是人類社會保持長期穩(wěn)定和安全穩(wěn)定的必然選擇。

水-能-糧（Water-Energy-Food，WEF）是一個相對獨立又緊密關聯(lián)的互饋耦合系統(tǒng)，內部關系錯綜復雜。在能源和糧食的生產消費過程中，需要消耗大量水資源；而取水-供水-用水-排水-污水再生利用過程中也消耗大量能源。此外，糧食生產雖然依賴能源投入，但也蘊含著巨大的生物質能開發(fā)潛力。如果孤立地關注水、能源和糧食耦合系統(tǒng)的單一要素或兩兩要素的供給安全及高效利用，會導致WEF耦合系統(tǒng)間協(xié)調性不強。這種局限性不僅導致水資源的低效利用和局部浪費，還給糧食和能源的生產帶來顯著風險，嚴重威脅經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。2015年聯(lián)合國提出可持續(xù)發(fā)展目標，其中可持續(xù)發(fā)展目標2（消除饑餓）、可持續(xù)發(fā)展目標6（提供清潔水和衛(wèi)生設施）以及可持續(xù)發(fā)展目標7（推動可負擔和清潔能源）等涉及WEF紐帶關系，表明促進WEF紐帶的協(xié)同發(fā)展有助于有效應對全球資源管理所面臨的多重挑戰(zhàn)。

面對我國資源稟賦、生產能力與消費規(guī)模之間顯著的不匹配與不平衡現(xiàn)象，水、能源、糧食三大戰(zhàn)略資源的協(xié)同保障成為制約可持續(xù)發(fā)展的關鍵瓶頸。本文旨在通過系統(tǒng)梳理國內外關于WEF耦合系統(tǒng)研究的最新趨勢，科學評估我國當前水、能源、糧食資源利用的現(xiàn)狀與存在的主要問題，深入分析在高質量發(fā)展要求下各區(qū)域對WEF耦合系統(tǒng)發(fā)展的新需求，并聚焦西北資源富集地區(qū)、京津冀地下水超采區(qū)、東北糧食增產地區(qū)及南方水資源充沛地區(qū)，創(chuàng)新性提出各區(qū)域針對性的可持續(xù)發(fā)展模式與策略，旨在推動水、能源、糧食三大交叉學科領域的深度融合與縱深發(fā)展，更期望為緩解國家層面的資源環(huán)境承載壓力，實現(xiàn)綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展路徑提供科學支撐與決策參考。

水-能-糧研究發(fā)展與趨勢分析

針對全球性資源短缺對經濟社會和生態(tài)環(huán)境的影響，2008年世界經濟論壇以水資源、能源與糧食安全為關注點，提出了“水行動呼吁”，強調水、能源、糧食對人類社會發(fā)展的重要性。隨后，2011年波恩會議首次定義“紐帶關系”，并指出水、能源以及糧食作為紐帶關系的關鍵元素，正共同面對社會、經濟與環(huán)境的多重挑戰(zhàn)。隨著“紐帶關系”的提出，水-能-糧的協(xié)同安全問題及發(fā)展對策成為國內外研究熱點。基于對2008—2022年WOS（Web of Science）數據庫中關于WEF紐帶關系研究文獻的統(tǒng)計分析，該領域的研究發(fā)展可以劃分為三個階段：

第一階段為概念成型期（2008—2013年）。此階段正值全球人口問題日益嚴峻、資源枯竭、生態(tài)系統(tǒng)退化以及社會與環(huán)境壓力顯著增加的時期。因此，這一階段WEF研究聚焦于環(huán)境、資源問題及治理策略，研究成果更多是對宏觀管理方面的探討，旨在初步構建WEF紐帶關系的理論框架。

第二個階段為概念深化期（2014—2015年）。隨著研究的深入，焦點轉向具體區(qū)域尤其是國家、流域、區(qū)域及城市的WEF優(yōu)化配置。這一階段的研究重點包括生物多樣性、系統(tǒng)脆弱性以及影響因素的分析，旨在探索多尺度下的WEF資源配置策略，以實現(xiàn)資源的高效利用與可持續(xù)管理。

第三階段為內涵豐富期（2016—2022年）。全球化貿易的興起為資源配置提供了新的視角，資源貧乏地區(qū)可通過國際間、區(qū)域間貿易獲取所需資源，從而緩解本地資源短缺問題。此階段研究重點轉向安全、環(huán)境影響、風險及虛擬水等議題，標志著WEF紐帶關系研究進入一個更為多元化和深入的階段，研究成果顯著豐富，推動了WEF領域的快速發(fā)展。

當前，WEF耦合系統(tǒng)的研究不僅聚焦于內部水、能源、糧食及其之間的相互作用，還深入探究了外部因素對系統(tǒng)的影響。內部特征分析側重于可靠性、協(xié)同性及相關性等方面，重點量化各要素間的相互影響；而外部影響分析則涵蓋氣候變化、極端天氣、自然災害等自然因素，以及城市化、經濟全球化、土地利用變化等社會因素，從韌性、彈性及可持續(xù)性等多維度評估WEF耦合系統(tǒng)對外界干擾的響應能力。WEF耦合系統(tǒng)的協(xié)同安全發(fā)展旨在通過內部供需平衡與外部資源配置優(yōu)化，提升資源流動與轉化效率，同時借助社會與政府調控手段，增強系統(tǒng)抗風險能力，促進系統(tǒng)內部與外部環(huán)境的和諧共生，最終實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。這一過程不僅要求確保水、能源、糧食各子系統(tǒng)在數量與質量上的充足與安全，還需通過經濟、社會與環(huán)境效益的綜合提升，構建安全、低風險的資源供應循環(huán)體系。

我國水-能-糧資源利用現(xiàn)狀評估

我國水資源時空分布不均導致資源生產與消費空間嚴重不匹配，北方地區(qū)人口占全國人口的46%，但只擁有全國19%的水資源，資源性缺水已經成為制約北方地區(qū)經濟社會發(fā)展的重要因素。由于香港、澳門和臺灣無數據，西藏缺少能源相關數據，本文主要分析30個省份的水資源、能源、糧食等匹配情況。在下圖中，水資源供需比為各省份的水資源可利用量與用水總量的比值，表征水資源壓力，利用2013—2022年水資源供需比增幅代表水資源壓力變化情況，研究發(fā)現(xiàn)水資源短缺地區(qū)面臨的水資源壓力日益增大。寧夏、北京、河北、上海等地水資源供需矛盾尤為突出，供需比小于1，表明本地水資源供給已無法滿足用水需求，且近十年來供需矛盾仍在不斷加劇；青海、四川、貴州、海南、浙江、江西等水資源相對豐富地區(qū)，供需比高于全國平均水平（4.5），近10年水資源供需比增幅小于0.2，或呈現(xiàn)下降趨勢，屬于水資源潛力型地區(qū)。

▲30個統(tǒng)計省份水資源稟賦與供需關系（圓形大小代表2022年人均水資源量多少）

在能源方面，2022年我國一次能源生產總量達到46.6億t標準煤，是世界第一大能源生產國，但我國能源自給率維持在82%左右，對外部資源的依賴不容忽視。在下圖中，采用一次能源供需比反映能源的自然稟賦情況，采用二次能源供需比反映能源的供需情況，采用能源消耗總量變幅反映消費能力，發(fā)現(xiàn)陜西、貴州、內蒙古、山西、新疆、云南等地區(qū)能源的自然稟賦情況較好，一次能源供需比大于1，不僅能夠滿足自身需求，還能通過能源加工轉換向外供給二次能源；寧夏、安徽、四川、湖北等地一次能源供需比小于1，二次能源供需比大于1，說明雖然二次能源自給有余，但一次能源仍需依賴外部供給；京津冀、長三角、珠三角等經濟發(fā)達地區(qū)幾乎完全依賴外部能源供給；各地區(qū)總能耗均呈現(xiàn)增加趨勢，其中新疆、寧夏、海南、青海、陜西等省份能耗總量增幅顯著。

▲30個統(tǒng)計省份能源供需關系（圓形大小代表2013—2022年能源消耗總量增幅大�。�

在糧食方面，2022年全球糧食產量為28億t，我國糧食產量6.86億t，居全球之首，占全球糧食產量的24.5%，用不足全球9％的土地實現(xiàn)了約占世界1/4的糧食產量，養(yǎng)活了世界近1/5的人口。但我國人均耕地面積只有1.36畝（1畝=1/15hm²，下同），不足世界平均水平的40%。在下圖中，糧食供需比為糧食總產量與消費量比值，利用2013—2022年人均耕地面積增幅比表征糧食生產能力變化情況，利用人均耕地面積表征糧食資源稟賦條件。發(fā)現(xiàn)黑龍江、內蒙古、吉林糧食資源稟賦條件優(yōu)良，是少數人均耕地面積超過世界平均水平的地區(qū)；上海、貴州、北京、江蘇、安徽、山西、黑龍江人均耕地面積呈上升趨勢，其他地區(qū)近10年人均耕地面積增幅比均小于0；北京、上海、浙江、廣東等地糧食供需比小于1，需要從外部調入糧食以滿足需求。長期以來，“北糧南運”形成的農業(yè)“北水南調”虛擬工程已顯著影響水資源分布，北方地區(qū)作為糧食生產主力，灌溉用水量增加，加劇了水資源壓力。

▲30個統(tǒng)計省份耕地與糧食供需關系（圓形大小代表2022年人均耕地面積多少）

當前我國資源生產與消費之間存在較大的不平衡性，這加重了水資源短缺地區(qū)的水資源負荷，限制了能源和糧食的生產發(fā)展。例如北京、上海等的水資源、能源、糧食資源自給能力均無法滿足日益增長的本地需求，因此高度依賴其他地區(qū)的資源供給；寧夏、新疆、內蒙古等省份盡管擁有豐富的能源資源和良好的耕地條件，但能源和糧食的發(fā)展規(guī)模卻受到水資源供應條件的嚴重制約；遼寧、吉林、黑龍江等東北省份具有良好的耕地條件，是我國主要糧食生產區(qū)，但隨著灌溉用水不斷增加，地下水水位持續(xù)下降等問題日益突出，不僅加劇了當地水資源壓力，也對糧食生產的可持續(xù)發(fā)展構成了威脅；四川、湖北、云南、貴州等西南省份擁有豐富的水能資源，同時也擁有天然氣、煤炭等其他形式的能源，多元化的能源供應體系可為水電開發(fā)利用提供堅實保障。“西氣東輸”“西電東送”“北糧南運”雖在一定程度上緩解了能源、糧食分布不平衡的情況，但是輸送過程伴隨虛擬水流通帶來了水資源的空間轉移，不僅加劇了水資源短缺地區(qū)的負荷壓力，也對接收地的生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展產生影響。

水-能-糧耦合系統(tǒng)安全協(xié)同發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

1.能源需求持續(xù)增長與能源安全結構性矛盾日益凸顯

自2010年起，我國能源消費總量首次超越美國躍居全球首位，并保持年均3%的增長速率。至2022年，我國能源消費總量已達54億t標準煤，其中煤炭的消費比重為56%，相較于2013年下降了11.4%；而石油、天然氣和非化石能源的消費比重分別提升至18%、8.4%和17.6%，較2013年分別增長了0.9%、3.1%和7.4%。鑒于能源活動是溫室氣體排放的主要源頭，產生的溫室氣體占據總排放量的77.7%，且以煤為主的能源結構在短期內難以根本改變，使得我國在推進能源低碳清潔轉型時面臨著既要保障能源安全又需兼顧低碳發(fā)展的雙重挑戰(zhàn)。在全球范圍內，已有132個國家和地區(qū)提出了實現(xiàn)碳中和的時間表，其中多數國家計劃在2050年實現(xiàn)這一目標。從碳達峰到碳中和的過渡，世界各國平均需要超過50年的時間。相比之下，我國宣布的碳達峰到碳中和的間隔時間僅為30年，這無疑是一個更為緊迫的任務�？紤]到我國仍處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程中，一次能源消費仍呈現(xiàn)增長趨勢，碳排放量也相應處于上升階段，這意味著實現(xiàn)碳達峰碳中和對我國能源和經濟可持續(xù)發(fā)展的要求更為嚴格，需要采取更加積極有效的措施。

▲2013—2022年我國能源消費量變化

2.不穩(wěn)定因素加劇糧食安全風險

在全球氣候變化的背景下，極端天氣事件的頻發(fā)與地緣政治沖突的升級，對糧食生產、貿易等環(huán)節(jié)構成了嚴峻威脅，嚴重影響我國糧食安全的穩(wěn)定性。一是國際市場糧食可獲得性顯著下降。自烏克蘭危機暴發(fā)以來，俄羅斯、烏克蘭、阿根廷、哈薩克斯坦等多個糧食主產國相繼實施了糧食出口限制措施。雖然我國糧食生產實現(xiàn)了“二十連豐”，2023年糧食播種面積達到17.85億畝，總產量達到6.95億t，但當前糧食生產體系下的生產能力已經達到階段性的峰值，國際市場的不確定性仍是威脅我國糧食安全不可忽視的外部因素。二是國內耕地資源面臨縮減壓力，根據2021年國務院公布的第三次全國國土調查主要數據，我國耕地面積已降至1.28億hm²，與第二次全國國土調查數據相比減少了0.07億hm²，這一趨勢不僅限制了糧食生產的潛力，也影響糧食自給率的提升。2013年與2022年31省份耕地面積對比見下圖。三是糧食產銷區(qū)域的不平衡問題越發(fā)凸顯。我國13個糧食主產區(qū)中，僅6個省份能夠實現(xiàn)糧食凈調出。原本保持產銷平衡的11個省份，已有9個省份的糧食自給率降至60%以下，7個糧食主銷區(qū)省份自給率不足25%，多重風險疊加對我國糧食安全產生沖擊。開發(fā)北方地區(qū)后備耕地，提高我國糧食安全保障水平的需求日益迫切。

▲31省份2013年與2022年耕地面積對比

3.資源不匹配帶來水資源約束趨緊

我國水資源空間分布存在顯著的不均衡現(xiàn)象。長江流域及其以南地區(qū)，土地面積僅占全國的36.5%，卻擁有占全國總量81%的水資源，水資源相對豐富。而淮河流域及其以北地區(qū)，土地面積占全國的63.5%，但水資源僅占全國總量的19%，這些區(qū)域不僅是我國的主要糧食產地，也是能源的重要生產基地，缺水問題嚴重制約了當地農業(yè)和能源發(fā)展。如黃河上中游的5個省份煤炭資源總量占全國的52.2%，累計原煤產量占全國的49.3%，一次能源產量占全國總產量的50%以上，同時這些地區(qū)的耕地面積和糧食總產量也分別占全國的17%和12%，然而該地區(qū)屬于嚴重資源性缺水區(qū)域，且受氣候和下墊面變化影響，近20年黃河水資源總量較歷史平均水平降低了8.7%。華北平原水資源總量僅占全國的1.7%，人均水資源占有量不到全國的1/6，同時是我國重要的棉糧油生產地，為滿足農業(yè)灌溉用水的大量需求，地下水成為農業(yè)灌溉的主要水源，自然資源部中國地質調查局數據顯示，我國面積大于50km²的地下水水位降落漏斗共37處，總面積4.73萬km²，主要分布在華北平原、黃淮平原等北方地區(qū)，嚴重損害當地生態(tài)環(huán)境。

4.高質量發(fā)展對水-能-糧-生提出更高要求

2022年全國用水量5998.2億m³，農業(yè)用水量為3781.3億m³，占用水總量的63.0%，大量的農業(yè)用水擠占了其他行業(yè)的用水份額，工業(yè)用水量僅為968.4億m³，不足農業(yè)用水量的1/3；生活用水量為905.7億m³，僅占總用水量的15.1%；而生態(tài)用水作為綠色可持續(xù)發(fā)展的重要基礎，僅為342.8億m³，約為農業(yè)用水量的1/12、總用水量的5.7%，遠低于我國生態(tài)需水量要求。用水結構不合理，第一產業(yè)用水量高，一方面導致大量水資源浪費，另一方面使得我國水資源轉化為國內生產總值的效率較低。隨著自然資源大量開采和氣候條件不斷惡化，未來發(fā)展不僅要關注經濟的增長，更要著眼于人與自然和諧共生。2024年印發(fā)的《中共中央 國務院關于加快經濟社會發(fā)展全面綠色轉型的意見》中提出，要加快經濟社會發(fā)展全面綠色轉型，形成節(jié)約資源和保護環(huán)境的空間格局、產業(yè)結構、生產方式、生活方式，這要求我國未來用水結構需向“高效低耗，生態(tài)友好”方向轉變，推進水資源、糧食、能源一體化、全鏈條節(jié)約和全過程管理。

促進水-能-糧耦合系統(tǒng)協(xié)同安全發(fā)展的相關建議

由于水資源的流通性和循環(huán)性，水不停地參與自然環(huán)境中一系列物理、化學、生物過程，并通過經濟網絡廣泛流動，所以在水-能-糧紐帶關系中，水資源是核心要素，其合理開發(fā)與利用對保持自然水循環(huán)健康功能，以及支撐經濟社會持續(xù)發(fā)展、維護能源與糧食安全具有至關重要的作用。我國作為水資源嚴重短缺的國家，面臨著水資源時空分布不均、與經濟社會要素不匹配等多重挑戰(zhàn)。因此，依據區(qū)域自然資源和經濟發(fā)展特點，全面考慮國家和區(qū)域戰(zhàn)略定位，優(yōu)化產業(yè)結構與規(guī)模，實現(xiàn)水資源的合理開發(fā)利用，是推進區(qū)域協(xié)調發(fā)展的關鍵所在。

1.西北資源富集地區(qū)：嚴格“四水四定”，完善水權交易機制，加快推進南水北調西線工程

西北地區(qū)土地資源豐富，光熱條件適宜，礦產和能源資源富集，東連亞太經濟圈，西鄰歐洲經濟圈，是絲綢之路經濟帶的關鍵區(qū)域，極具發(fā)展?jié)摿�。同時，該地區(qū)也是我國水資源最為緊缺、生態(tài)系統(tǒng)最為脆弱的地區(qū)。建議嚴格落實以水定城、以水定地、以水定人、以水定產“四水四定”，根據水資源承載能力，對水資源短缺、水資源過度開發(fā)和生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)劃定灌溉面積控制紅線。對采取種植結構調整和強化節(jié)水措施后仍無法滿足灌溉和生態(tài)環(huán)境用水需求的地區(qū)，要進一步通過推廣耐旱作物種植、實施生態(tài)修復等多元有效策略減少灌溉面積。

針對西北地區(qū)農業(yè)用水比重較大，但用水效率和效益相對低下，而工業(yè)和城鎮(zhèn)發(fā)展對水資源的需求難以保障等情況，建議充分發(fā)揮市場機制作用，推動水資源從豐水區(qū)域向缺水區(qū)域、從利用效益低的使用者向效益高的使用者轉讓，保障高效益行業(yè)的用水需求，創(chuàng)新能源產業(yè)反哺區(qū)域、反哺農業(yè)的長效機制，在水權交易中切實保障農民權益，讓能源產業(yè)發(fā)展最大程度、最大范圍惠及民生。

此外，建議加快推進南水北調西線工程，完善優(yōu)化南水北調西線工程規(guī)劃方案，為黃河上中游、河西走廊和新疆等西北干旱地區(qū)提供穩(wěn)定的水資源保障。將供水基礎設施建設作為推動區(qū)域高質量發(fā)展的重點領域，不僅有望改變西部大面積荒漠的狀態(tài)，構筑穩(wěn)定的生態(tài)屏障，還為大面積開發(fā)后備耕地、解決國家糧食安全問題提供了可能，也將為大規(guī)模開發(fā)西部能源資源，支撐哈密國家級現(xiàn)代綜合能源產業(yè)化示范基地、寧東能源化工基地、庫布其沙漠鄂爾多斯中北部新能源基地、榆林國家級能源化工基地和華能隴東能源基地等多個能源工業(yè)基地的建設，以及促進東西部地區(qū)的均衡發(fā)展奠定堅實基礎。

2.京津冀地下水超采地區(qū)：優(yōu)化糧食安全基本定位，強化水與能源的協(xié)同調控，推進區(qū)域協(xié)同發(fā)展

京津冀地區(qū)是我國人類活動對水循環(huán)擾動最為強烈、水資源承載壓力最大、水資源安全保障難度最高的區(qū)域。為支撐經濟社會的快速發(fā)展和國家糧食安全戰(zhàn)略任務，該地區(qū)不得不長期超采地下水、擠占生態(tài)用水。為此，建議嚴格控制水資源消耗強度，調減地下水嚴重超采區(qū)的糧食生產任務。從可持續(xù)利用角度出發(fā)，統(tǒng)籌地下水保護與糧食安全的關系，在地下水嚴重超采區(qū)調減糧食生產任務指標，控制地下水灌溉面積和取用量，并實施大規(guī)模的輪耕休耕等制度。對于缺乏地表水替代的深層地下水灌區(qū)，應逐步取消深層地下水灌溉，將深層地下水作為戰(zhàn)略儲備水源，切實避免短視和破壞性的地下水利用方式。

建議加強水資源與能源綜合管理，促進實現(xiàn)水與能源協(xié)同調控。京津冀地區(qū)社會水循環(huán)全過程的能耗占地區(qū)能源消費總量的12%，其中地下水開采的總耗能每年超過40億kW·h。由于地下水水位下降，每度電可開采的水量已由20世紀80年代的8m³減少到不足1m³，生產1kg糧食所需的灌溉水量由1m³減少到0.4m³，但灌溉的耗電量卻由0.12kW·h增加到0.45kW·h。隨著南水北調中線工程的通水，受水區(qū)地下水開采的耗能將由現(xiàn)狀的每年63億kW·h減少到每年不到40億kW·h。在京津冀協(xié)同發(fā)展的框架下，應深化研究水與能源的紐帶關系，打破部門約束，加強水與能源的綜合管理。

3.東北糧食增產地區(qū)：拓展糧食生產空間，切實保護好地表和地下水資源，維護健康的自然水循環(huán)系統(tǒng)

東北地區(qū)是我國最重要的商品糧生產基地和糧食增產區(qū)域。在水資源承載力范圍內，應挖掘糧食產能提升的空間與潛力，同時嚴格控制水資源開發(fā)利用強度，防止出現(xiàn)水資源破壞性開發(fā)利用現(xiàn)象。2000—2010年東北地區(qū)的濕地損失速率急劇上升，是1990—2000年間損失率的2.8倍，而近20年大興安嶺南麓、三江平原和東三省各省會城市周邊等黑土區(qū)耕地面積凈增量達2000多km²，表明東北地區(qū)在墾荒過程中，耕地與林地、草地和濕地存在相互轉換。同時近20年東北地區(qū)農業(yè)灌溉用水量增加約78億m³。建議通過保護性耕作行動和土地整治措施，穩(wěn)定現(xiàn)有耕地面積；充分利用東北地區(qū)水土資源匹配較好的優(yōu)勢，通過農業(yè)和水利措施改造中低產田為高標準農田，適度發(fā)展灌溉面積，提高糧食單位面積產量，建設優(yōu)質商品糧生產基地。

建議優(yōu)化區(qū)域水資源配置體系，科學確定水資源開發(fā)利用強度。在實施節(jié)水增糧行動時，應科學分析當地水資源承載能力，合理開發(fā)地下水，推廣種植低耗水品種，實施水分適度虧缺的灌溉模式，發(fā)展田間節(jié)水技術，提高農業(yè)用水利用效率，避免地下水超采及其引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題。此外，確保土地利用規(guī)劃與水資源可持續(xù)利用相協(xié)調，加強地表水和地下水系統(tǒng)的監(jiān)測與預警工作，建立完整的取水許可與實際用水監(jiān)管鏈條。

4.南方水資源豐沛地區(qū)：深化農業(yè)供給側結構性改革，統(tǒng)籌規(guī)劃“水風光儲”一體化開發(fā)，提升南北方資源適配度

隨著我國南北方糧食生產格局的重大變化，“北糧南運”現(xiàn)象伴生了農業(yè)虛擬水“北水南調”，勢必對缺水的北方地區(qū)水資源和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定以及區(qū)域經濟社會發(fā)展產生負面影響。建議穩(wěn)定南方糧食生產能力，減輕北方缺水地區(qū)糧食生產壓力。著重從調整農業(yè)產業(yè)布局入手，在國家主體功能區(qū)建設背景下，在南方地區(qū)實施糧食增產計劃，培育糧食增長新動能，重點在江蘇、湖北、湖南、四川、江西、安徽等地加大灌區(qū)節(jié)水改造力度，劃定一批主產糧市、主產糧縣，打造一批能夠提供穩(wěn)定糧源的區(qū)域。

對于南方經濟發(fā)達地區(qū)，應按照“藏糧于地”的要求，實施土地管理措施和農業(yè)技術創(chuàng)新，充分利用現(xiàn)有的土地資源，以確保糧食生產的可持續(xù)性和穩(wěn)定性。在有條件的地區(qū)新增耕地面積，補充因水資源緊缺地區(qū)壓減灌溉面積而減少的糧食綜合生產能力。此外，應充分認識到糧食貿易伴隨的虛擬水流通帶來的水資源配置不合理問題，將實體水與虛擬水統(tǒng)籌管理，建立豐水與缺水地區(qū)的區(qū)域間虛擬水補償制度。

以西南水電基地為重要節(jié)點，做好風能、太陽能資源的普查工作，精準掌握資源空間分布與開發(fā)潛力。依托國家水網建設，深入開展西南地區(qū)的“水風光儲”一體化規(guī)劃、開發(fā)、運行、送出與消納等系統(tǒng)研究，形成科學合理的開發(fā)布局和時序安排。統(tǒng)籌推進水風光綜合基地開發(fā)建設，通過優(yōu)化資源配置，提高能源利用效率，構建清潔、低碳、安全、高效的能源體系，滿足經濟社會發(fā)展能源需求，助力“雙碳”目標的實現(xiàn)。

Abstract: Water constitutes the central element within the Water-Energy-Food (WEF) Nexus. To safeguard national food and energy security, it is essential to strengthen water resource management and ensure the coordinated safety development of water, energy, and food. Based on a comprehensive review of research progress on the WEF Nexus both domestically and internationally, as well as a scientific understanding of the fundamental principles of the WEF Nexus, this paper analyzes the prevailing issues in the development and utilization of water resources, energy, and food in various provinces of China. It reveals four major challenges facing the current development of the WEF Nexus: the growing energy demand intensifies the structural contradictions in energy security, increasing instability exacerbates food security risks, resource mismatches tighten water resource constraints, and high-quality development imposes higher requirements on water-energy-food-ecology systems. Targeted regional sustainable development models and strategies are proposed, tailored to regional characteristics and high-quality development goals. Research indicates that in resource-rich Northwest China, water scarcity can be alleviated through the “Four Waters and Four Determinations” policy, water rights trading, and water transfer projects. In the groundwater overexploitation areas of the Jing-Jin-Ji region, it is necessary to optimize the food security layout and strengthen the coordinated regulation of water and energy. In Northeast China’s grain production areas, food production space should be expanded while ensuring the rational development and utilization of water resources. In southern regions abundant in water resources, deepening agricultural supply-side structural reform and promoting integrated development of “Water-Wind-Solar-Storage” is essential. This research aims to provide scientific support and decision-making references for navigating towards a green, low-carbon, and sustainable development path.

Keywords: Water-Energy-Food Nexus; collaborative safety; resource endowment; supply-demand ratio; sustainable development

本文引用格式：

王浩，姜珊，朱永楠，等.中國水-能-糧耦合系統(tǒng)協(xié)同安全發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國水利，2024（17）：1-8.

責編｜王慧

校對｜董林玥

審核｜軒瑋

監(jiān)制｜趙洪濤