2020年,我国明确提出“双碳”目标,能源消耗、水资源使用和CO2排放是“双碳”目标中三个重要的环境战略要素。黄河流域作为我国重要的能源基地,日益增长的能源需求与水资源短缺矛盾突出,碳排放日益增多等问题凸显,资源与环境和谐共生压力增大。提高水资源使用效率、推进能源转型和缓解气候变化压力已成为黄河流域实现生态保护和高质量发展的必然趋势。因此,有必要对黄河流域“能—水—碳”耦合关系和协同利用进行研究。本文借助多区域投入产出模型、社会网络分析、耦合协调度模型和多目标优化模型,对黄河流域“能—水—碳”耦合关系及协同利用进行研究。首先识别黄河流域2002年、2007年、2012年和2017年“能—水—碳”的背景情况;其次利用投入产出模型核算“能—水—碳”足迹;然后通过构建“能—水—碳”空间网络结构以及计算耦合协调度,分析三者的耦合情况;其次运用NSGA-II算法对“能—水—碳”协同利用进行情景模拟与分析;最后提出本文的参考建议。本文的主要结论如下:（1）2002年—2017年,黄河流域水资源使用量、能源消耗量和碳排放量年均增加量分别为5.28亿立方米、6481万吨标准煤和1501万吨。山东是用水、耗能和碳排放大省,青海的用水、耗能和碳排放数值较低。此外,农业部门（AG）水资源使用占黄河流域总水资源使用的66.31%,第二产业的能源消耗和碳排放分别占黄河流域总能源消耗和碳排放的89.96%和92.51%。（2）黄河流域处于虚拟水净流入、隐含能和隐含碳净流出的状态。虚拟水净进口量呈“V”型变化趋势,隐含能和隐含碳净出口呈递增趋势。其中,“能—水—碳”足迹主要从中上游地区流向下游地区。此外,农业部门（AG）虚拟水足迹最大,采矿业（MI）、化学工业（CI）、石油加工业和炼焦（PC）、钢铁和有色金属冶炼和加工业（SNF）以及电力、热力、燃气、水的生产和供应业（EGGW）是能源足迹和碳足迹较高的行业。（3）“能—水—碳”足迹空间网络关联性低,稳定性差,合理化和均衡化不足。2002年—2017年,黄河流域“能—水—碳”耦合协调等级从优质协调逐渐向严重失调转变。其中,电机及家电制造业（MH）、纺织业（TI）、建筑业（CT）、金属制品业（MP）和运输设备制造业（TE）、木材加工及家具制造业（WF）和通信设备、电子计算机制造业（CE）等7个产业部门的“能—水—碳”耦合协调等级在研究期内一直处于严重失调状态。（4）在“能—水—碳”政策协同控制的目标下,调整产业结构为:农林牧渔业-3.05%、采矿业-3.10%、轻纺工业-3.13%、资源加工工业-3.17%、机械、电子制造业-3.24%、电力、热力、燃气、水的生产和供应业-3.23%、建筑业-3.20%、运输业-2.99%、其他服务业-3.14%,可实现水耗-20.68%,能耗-21.75%,CO2排放-21.25%,此时达到了相关政策要求。基于上述结论,本文对黄河流域“能—水—碳”协同利用提出以下建议:推进跨区域“能—水—碳”供应链,打造区域合作治理和责任体系框架;改进行业供应链的区域性管理,优化技术和资源之间的有效联系;立足优势、协同布局,落实多领域联合治理;积极开展气候变化多方合作,推动节水降耗减排协同增效。本文的研究结果能为减少黄河流域“能—水—碳”足迹、协同管理“能—水—碳”关系和实现“双碳”目标提供决策参考。