水-能源-粮食（Water-Energy-Food，WEF）关联方案基于水资源评价与规划（Water Evaluation and Planning，WEAP）模型的分析（案例研究：芝塔龙河（Citarum）下游流域）

《Air, Soil and Water Research》：Analysis of Water-Energy-Food Nexus Scheme Using Water Evaluation and Planning (WEAP) Model (Case Study: Downstream Citarum Watershed)

　　

在多部门流域中，水资源竞争加剧，在不确定未来需求下威胁水、能源和粮食系统韧性。研究人员采用水-能源-粮食（Water-Energy-Food，WEF）关联方法，利用水资源评价与规划（Water Evaluation and Planning，WEAP）模型，评估印度尼西亚芝塔龙河（Citarum）下游流域部门间权衡与相互依赖关系。研究人员以2024年为基准年，模拟至2045年，设置五种需水情景，关注生活供水、工业用水、灌溉、环境流量、跨流域调水与冲淤（flushing）需求；冲淤指向下游河道如Cipinang河受控放水，用于清淤、维持水质和防污。结果表明，总可用水量为7184.21百万m3/年，其中Jatiluhur水库放水占58%，灌溉为最大用水部门（占62%）。情景3采用Q80临界流量条件，并叠加工业与公共饮水（public drinking water supply utilities）需求增长，未满足需水最高，年经济损失约1.4万亿印尼盾（IDR）；情景0为一切照旧（Business-as-Usual，BAU），需水固定为2024年水平，经济损失最低，约4800亿印尼盾/年。回归分析显示水、粮食、能源部门联系紧密。研究强调需采用基于情景的集成化水资源配置策略，以最小化权衡并保障长期资源安全。

研究背景方面，水-能源-粮食（Water-Energy-Food，WEF）关联已成为可持续开发核心框架，水用于能源生产，能源用于水处理、配水和粮食生产，孤立管理会放大共享资源压力。气候变化使发展中国家综合资源管理更困难，印度尼西亚国家规划仍偏部门化，芝塔龙河流域服务超2500万人，拥有Saguling、Cirata、Jatiluhur三座水库，灌溉24万公顷农田并提供爪哇和巴厘约20%电力，但快速城市化、工业污染、淤积使水库库容自2010年减少达35%，2010—2020年可用水降15.27%、需水增47%，现有WEF研究多描述性、缺决策支持工具，且气候、用地、人口与产业增长带来不确定性，因此研究人员以芝塔龙河下游流域为对象，用水资源评价与规划（Water Evaluation and Planning，WEAP）模型做情景化水平衡与部门关联分析。

该研究发表于《Air, Soil and Water Research》。研究人员构建WEAP模型，模拟基准年与2045年方案，量化未满足需水导致的水、粮食、能源经济损失，并用线性回归分析WEF组分联系，以支撑综合水资源管理。

关键技术方法上，研究人员数据来自Citarum River Basin Organization（BBWS Citarum）年度配水计划、取水许可（SIPPA）、灌溉委员会单位需水（SKA）及国家粮食机构产量价格资料；降雨用Normal Ratio Method插补、Double Mass Curve一致性检验、Funnel Diagram同质性、Thiessen Polygon面雨量，径流用Weibull法算Q50正常流与Q80临界流；WEAP中以River、Demand Site、Diversion、Transmission Link、Return Flow建模，按法律优先级或等优先级分配，以Tanjungpura站AWLR数据验证，用R²、Pearson r、Nash-Sutcliffe Efficiency（NSE）、Normalized Root Mean Square Error（NRMSE）校准评价。

降雨与径流分析：研究人员据2009—2024年Tanjungpura站月流量与六站降雨，发现降雨呈双峰季风型，旱季低于100 mm/月；最大流量3年简单移动平均（Simple Moving Average，SMA）呈升、最小流量呈降，反映极端雨增强与基流减退。

水资源可用性分析：研究人员汇总20条主河道与8条配水渠，Jatiluhur出库172.41 m³/s为首要源，西Tarum渠65.02 m³/s，总可用水7184.21百万m³/年，水库与渠系联运是下游供水韧性的关键。

需水分析：研究人员统计135个需水点，灌溉3224.285 m³/年居首，生活791.687 m³/s次之，跨流域调水与冲淤484.240 m³/s，工业460.250 m³/s，河道维护376.649 m³/s；高需节点如BTT 42-53 D灌区达20.14 m³/s。

WEAP建模分析：研究人员将135个需求点、20河段、Tarum渠系建成WEAP schematic，红点为需求点，蓝线为主河，橙线为人工渠，绿线为输水链，红线为回归流（Return Flow），以Tanjungpura圈箭头点校验，模型可表达真实配水网络。

水平衡分析：研究人员在主干与西、东、北Tarum末端点比对streamflow与supply requirement，P-10生活点全年满足，Bangle、TUB 18-26、TUT 9-14灌区在种植高峰出现赤字，基线未满足需水灌区达121.77、186.25、156.69 m³/s，部分生活点仅小赤字。

模型验证与校准：研究人员比对模拟与观测，Pearson r为0.94，R²为0.88，NSE为0.85，NRMSE为17%，模型可信可用于远期情景。

情景模拟：研究人员设情景0一切照旧、情景1工业与灌溉增、情景2工业与生活增、情景3灌溉与生活增、情景4三部门同增；可用水沿用2024年Q50/Q80，情景3在Q80下工业与饮水增长致未满足需水最高，年损失1.4万亿印尼盾，情景0损失4800亿印尼盾/年。

WEF关联分析：研究人员以供水交付量对稻谷产量、涡轮入流对能源（kWh）、稻谷产量对能源做线性回归，证明水-粮食-能源强耦合，灌溉缺水经公式折成稻谷损、涡轮减流经水头80 m与效率85%折成水电损。

讨论部分总结：研究人员指出部门孤立规划会放大下游流域风险，Q80保守供水叠加工业与生活扩张最不利，灌溉虽用水最大却常是分配末端受害者；WEAP情景能揭示跨部门权衡，回流水（Return Flow）参数与优先级制度影响结果，模型已校核可作政策推演。

结论部分翻译：研究人员表明，芝塔龙河下游流域总可用水由Jatiluhur水库主导，灌溉是最大需水部门；Q80临界流配合工业与公共饮水需求增长会产生最高未满足需水及约1.4万亿印尼盾年经济损失，一切照旧情景损失最低；水、粮食、能源部门经回归显示为强互联，研究支持采用基于情景的集成水资源分配战略，以减小部门权衡并保障水-能源-粮食（WEF）长期安全。