咸海萎缩作为20世纪最严重的生态灾难之一，其生态创伤至今尚未愈，上游水电、下游农业以及尾闾湖泊间的水资源博弈持续加剧，亟需探索基于水–粮食–能源–环境纽带的协同利用路径，为区域水安全与可持续发展提供科学参考。
导 读
在中亚腹地，咸海萎缩留下的巨大伤疤，无声讲述着上世纪最严重的环境灾难之一。然而，伤痛未愈，苏联解体后，流域各国在经济发展利益驱动下，上游水电、下游农业与尾闾湖泊之间的水资源争夺又愈演愈烈。本研究试图破解这场复杂博弈，为这条生命之源寻找一条能让各方共存、共享的可持续发展之路。
图1 图文摘要
本研究针对咸海流域日益尖锐的水资源竞争问题，提出了基于水-能源协同转化的解决方案，探讨了已运行、在建及待建的常规水库在生长季与非生长季的不同功能，并分析了其与区域内众多季节性抽水蓄能水库（SPHS）的最优组合和作物种植结构调整策略。具体而言，在作物生长季，下方水库（Nurek和Toktogul）放水用于农业生产，同时兼顾发电；夏季电力需求低时，多余电力用于将上方水库（Rogun和Kambar-Ata-1）上游的多余水抽至SPHS。上方水库与SPHS在生长季存储新的冰川融水及雨水，并在非生长季释放用于发电；下方水库在非生长季储存水资源，用于来年生长季的农业灌溉。基于该方案，借助NSGA-III算法，在保障咸海生态水位恢复、粮食安全及清洁水电需求等的前提下，综合考虑水资源分配公平性、系统效益及温室气体排放，制定了流域水资源优化分配策略。本研究为中亚地区农业用水、水力发电调配及生态需水的可持续管理提供了重要参考。主要结论如下：
1. 水资源分配公平性：在两种社会经济共享路径及三种来水情景下，所有方案的基尼系数均低于0.29（国际公认资源分配警戒线为0.4）（图2），表明水资源分配方案在兼顾流域经济发展和生态安全的情况下能够维持较高公平性。
图2 咸海流域水资源分配公平性评估—多情景基尼系数对比
2. 农业与水电水资源配置优化：在不同的共享社会经济路径及来水情景下，咸海流域农业用水量为71.71–80.53×10⁹ m³ (图3)。农业用水效率的提高及其占比下降将是未来可持续发展的关键因素。农业种植面积在SSP2-4.5情景下为5160.32–5595.79×10³ ha，在SSP5-8.5情景下为4972.09–5480.07×10³ ha，较当前种植面积分别减少14.37%–21.05%和16.16%–23.93%。引入SPHS后，上游可控水资源量达到42.91–58.47×10⁹ m³，其中SPHS水量占35%–44% (图4)。不同情景下，水电生产在上下水库及SPHS的调节下保持相对稳定。
图3 不同社会经济与来水情景下的咸海流域主要农作物配水量
图4 季节性抽水蓄能水库的空间分布及其被选概率（A–F），以及水电配水量（G和H）与常规水库和季节性抽水蓄能水库的占比（I–L）
3. 系统多目标间的复杂关系：系统效益与水资源分配公平性之间存在权衡，尤其在高排放、低来水情景下明显；系统效益与温室气体排放呈正相关 (图5)。在咸海流域，水–粮食–能源–环境系统高度关联，水资源管理必须综合考虑各子系统之间的关系。推进区域政策协调和跨国合作尤为重要，通过信息共享、技术支持及共同治理提升系统适应力，并构建应对气候变化和市场波动的韧性策略，从而有效应对复杂多变的环境与资源挑战。
图5 不同情景下咸海流域系统效益与水资源分配公平及温室气体排放的关系
总结与展望
本研究提出的水-能源协同调控策略——通过上下水库互补调节耦合季节性抽水蓄能系统，为缓解流域水资源竞争提供了参考。研究进一步确定了作物种植结构以及已运行、在建、待建的常规水库和众多的季节性抽水蓄能水库的多种组合方案，为实现水资源协调分配奠定了科学基础。然而，该体系从理论走向实践的关键在于建立稳固的跨国合作机制。亟需流域各国共同推动政策协同，通过信息共享、技术转移与联合治理，将优化方案转化为可执行的跨境管理策略，从而构建具有气候韧性与市场适应性的流域水安全未来。
责任编辑
张淳杰 北京交通大学
王 洋 The Innovation