Dynamic Behaviour of the Water-Food-Energy Nexus: Focus on Crop Production and Consumption

Water, energy, and food are interrelated and critical resources for human well-being and environmental goals. Single-sector national strategies that focus on individual sectors of the nexus without considering their interconnections may lead to acute unanticipated consequences. In the present study, the system dynamic model platform was used to create a new approach to analysis of dynamic behaviour, focusing on joint water–energy–food interactions stemming from crop production and consumption at the national level under different scenarios and alternatives. The developed system determines: (i) water and energy footprints of crop production and consumption; (ii) virtual water and energy import and export; (iii) the national water and energy saving balance due to trade of agricultural commodities; and (iv) a water–food–energy nexus index. A case study from Egypt was used to test the system and illustrate some of its significance. The research illustrates the importance of considering the water–food–energy nexus when developing national strategies. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. L'eau, l'énergie et la nourriture sont interdépendantes en tant que ressources essentielles pour le bien-être de l'homme et les objectifs environnementaux. Les stratégies nationales mono sectorielles qui mettent l'accent sur un secteur particulier sans tenir compte de ses interconnexions peuvent conduire à des conséquences imprévues et graves. La plate-forme du système de modèle dynamique a été utilisée pour créer une nouvelle approche de l'analyse du comportement dynamique en mettant l'accent sur les interactions mixtes eau–alimentation–énergie issues de la production et de la consommation des cultures au niveau national sous considération de différents scénarios et alternatives. Le modèle simule les interconnexions entre le montant de la production alimentaire, l'eau pour la production de ce montant, et l'énergie nécessaire à la production alimentaire, y compris l'énergie pour l'irrigation. Le système développé détermine: (i) les empreintes de l'eau et de l'énergie de production et de consommation des cultures; (ii) l'eau virtuelle et l'importation-export d'énergie; (iii) le bilan des économies d'eau et d'énergie au niveau national dû au commerce des produits agricoles; (iv) un nouvel indice du nexus eau–alimentation–énergie. Une étude de cas en Egypte a été utilisée pour tester le système et illustrer sa portée. La recherche illustre l'importance de considérer le nexus eau–alimentation–énergie lors de l'élaboration des stratégies nationales.