黄河流域地级市水-能源-粮食系统耦合及空间关联研究

黄河流域水资源匮乏,但肩负国家能源和粮食生产的重任。在资源有限、需求不断扩张的背景下,探究水-能源-粮食资源的空间错配给黄河流域可持续发展带来的压力和挑战,可为流域高质量发展及国家区域协调发展战略提供科学依据和参考。基于中观尺度,构建黄河流域地级市水-能源-粮食系统综合评价框架,分析了流域内各地级市的水-能源-粮食系统耦合协调发展水平及空间关联特征。结果表明：2000-2018年,流域内各地级市的水-能源-粮食系统耦合协调度整体由初级协调阶段过度到中级协调阶段,但协调发展稳定性不足,至2018年,系统耦合协调度呈现下降态势;多数年份系统耦合协调度表现出显著的空间关联特征。从地级市视角出发对水-能源-粮食系统进行研究更具地区针对性,更易凸显中观尺度下系统发展的个性特征。应进一步探究黄河流域水-能源-粮食系统的空间关联影响机制,并解构黄河流域水-能源-粮食系统动态耦合协调发展模式。     

吉林省水-能源-粮食系统耦合协调度评价研究

【目的】水、能源、粮食是保障人类生存与福祉的重要物质基础,研究吉林省水-能源-粮食系统的耦合协调发展状况,以促进吉林省水、能源、粮食的可持续发展。【方法】以吉林省为研究区,建立水-能源-粮食(W-E-F)系统综合发展评价指标体系,利用耦合协调度模型定量评价2003—2020年W-E-F系统耦合协调状况,运用GM(1,1)预测2021—2030年耦合协调度。【结果】结果表明：吉林省W-E-F系统综合发展评价指数呈现波动上升趋势,由0.29增长至0.67,其中水资源系统发展指数对综合系统发展指数影响大;耦合度在0.88～0.99范围内,处于高水平耦合阶段,耦合协调关系由勉强失衡逐步发展到中级协调水平,表现出向好的趋势,预测2030年将达到高级协调,最后为促进吉林省W-E-F系统耦合协调发展提出了相关建议。【结论】耦合协调度模型能够有效定量评价吉林省水-能源-粮食系统的协调发展状况,为吉林省水-能源-粮食系统协调发展提供科学参考。     

2000-2019年新疆水-能源-粮食系统耦合协调发展研究

水、能源和粮食是区域可持续发展的关键要素。以新疆维吾尔自治区为研究区,构建水-能源-粮食（W-E-F）系统综合评价指标体系,利用耦合协调度模型和灰色GM（1,1）模型,分析新疆2000-2019年W-E-F系统耦合协调发展水平,并对2020-2031年的耦合协调度进行预测。结果表明：2000-2019年新疆W-E-F系统的综合评价指数由0.39增大至0.61,整体上呈现上升趋势;耦合协调度从0.59增大至0.77,3个子系统之间存在着密切的联系,目前整体表现为中级协调发展水平,并预测在2025年将过渡为高级协调发展阶段。水资源子系统仍是制约W-E-F系统协调发展的关键,农业用水占比过大,导致新疆总体上结构型缺水严重。未来应积极调整用水结构,提高水资源利用效率,优化粮食消费结构,以提升系统内部的协调性。     

黄河流域水-能源-环境系统动态耦合协调发展研究

为研究水、能源与环境子系统之间的耦合协调关系及动态演变特征,基于2010—2019年黄河流域9个省(区)的面板数据,建立水-能源-环境系统的耦合协调评价指标体系,通过熵权法、耦合协调模型定量分析水-能源-环境系统与子系统之间的耦合协调发展水平。结果表明：在研究期内,黄河流域水-能源-环境系统一直处于高水平耦合状态,耦合协调度在波动中上升,经历初级、中级协调两个阶段并有向良好协调类型演进的趋势,但三者之间的耦合协调关系仍存在较大上升空间;水资源子系统起主导作用,并且2016年之后的发展速度明显快于能源子系统和环境子系统。建议针对当地情况,通过跨部门合作提升滞后子系统的发展水平,实现资源子系统与环境子系统的持续协调发展。     

长江经济带水-能源-粮食系统耦合时空动态特征研究

水、能源和粮食为可持续发展的基础性资源,如何从时空角度全面评价长江经济带水-能源-粮食系统的耦合协调发展是促进区域资源可持续发展的重要前提。以水、能源、粮食以及共生单元水能、水粮和能粮系统为单元,构建水-能源-粮食系统耦合协调评价指标体系,采用熵值法对各系统指标赋权,运用耦合协调度模型和空间自相关分析对2010—2019年长江经济带的水-能源-粮食系统协调发展和时空动态特征进行定量研究。结果表明：2010—2019年长江经济带水-能源-粮食系统综合评价指数整体呈缓慢增长趋势,其中水系统对水-能源-粮食系统综合评价指数贡献最大,年均贡献占比为21.57%;能源系统贡献最小,占比为11.95%; 2010—2019年长江经济带水-能源-粮食系统耦合协调水平呈先升后降趋势,其中四川省上升幅度为5.05%,重庆市下降幅度为2.83%,且存在显著的空间异质性,上游地区明显高于中下游地区。其中能源资源是水-能源-粮食系统耦合协调发展的短板;长江经济带水-能源-粮食系统耦合协调度表现出显著空间关联性,高-高集聚区集中在长江上游地区,下游地区主要以低-低集聚区为主。长江经济带内各省市应因地制宜地完善资源管理机制,推动长江经济带资源可持续发展。     

京津冀地区水-能源-粮食系统安全耦合协调发展特征评价

以京津冀地区为研究区域,选取28个代表性指标,利用层次分析法构建水-能源-粮食耦合安全综合指标体系,运用耦合协调度模型和障碍度模型分析2000—2020年水-能源-粮食系统耦合安全性和影响因素。研究结果表明：京津冀地区水安全、能源安全和粮食安全系统综合评价指数呈整体上升的趋势,其浮动范围为0.3~0.7;水-能源-粮食系统耦合协调度年际间均呈上升趋势,北京市耦合协调度最高,河北省耦合协调度较低;人均水资源量、废水中COD排放量、人均能源消费量和亩均农用机械总动力为京津冀地区主要障碍因子。未来北京应调整用水结构、挖掘节水潜力。天津市和河北省要注重优化能源消费结构,进行低碳技术创新,加大脱碳步伐,其中河北省农业发展需要进一步采取节水灌溉措施、减少农作物受灾面积。     

黄河流域九省（区）人口-水资源-经济-生态环境系统耦合协调发展及障碍因素分析

黄河流域九省（区）人口扩张和经济发展带来一系列资源和环境问题,亟待探究其人口-水资源-经济-生态环境（PWEE）系统耦合协调关系,促进黄河流域高质量发展。针对黄河流域九省（区）构建了PWEE系统耦合协调发展评价指标体系,采用熵权法、耦合协调度模型和障碍度模型,对2008—2020年黄河流域九省（区）PWEE系统综合发展水平、耦合协调状态和障碍因素进行分析。结果表明：黄河流域九省（区）PWEE系统及其各子系统综合发展水平呈上升趋势,耦合协调度从2008年的0.56上升至2020年的0.69,由勉强协调进入初级协调阶段,水资源子系统一直是影响九省（区）PWEE系统协调发展的限制因素,其平均障碍度从2008年的49.05%增加至2020年的55.48%,人均水资源量为主要障碍因子。     

黄河流域资源-环境-经济耦合协调发展研究

黄河流域高质量发展应是资源-环境-经济的协调发展.为了给黄河流域高质量发展决策提供参考,构建了黄河流域资源-环境-经济复合系统综合评价指标体系,基于2004—2017年《中国统计年鉴》《黄河水资源公报》、黄河流域各省区统计年鉴的有关数据,采用极差变化法、熵权法和耦合协调度模型,对黄河流域资源、环境、经济3个子系统及其复...     

京津冀地区水-经济-生态系统耦合协调发展模拟

针对京津冀地区水资源、经济社会和生态环境系统未来可能面临的失衡失稳问题，构建水-经济-生态系统 动力学模拟模型，设置开源节流、发展经济、保护环境等 5 种情景方案，预测京津冀地区水资源、经济社会和生态 环境系统指标发展趋势，运用耦合协调度模型模拟京津冀地区 2020—2035 年不同情景下耦合协调发展趋势。结 果表明：2020—2035 年 5 种情景下北京、天津和河北水-经济-生态系统耦合协调度均呈上升趋势，其中延续现状 型耦合协调度均最低，开源节流型、发展经济型和保护环境型次之，综合协调型均最高。说明在维持现状发展条 件下，京津冀水-经济-生态系统耦合协调发展程度略有增加但变化较小，只有在节约用水和发展经济的同时充分 考虑环境保护才能促进区域协调发展；2035 年延续现状情景下北京、天津和河北耦合协调发展水平均属于中级 耦合协调型，综合协调情景下北京和天津耦合协调发展属于良好耦合协调型，河北省经济发展相对滞后导致耦合 协调发展缓慢，仍属于中级耦合协调型，未来应注重京津冀一体化发展。研究可为京津冀地区协调可持续发展提 供参考依据。     

区域水-能源-粮食耦合协调演化特征研究——以江苏省为例

随着我国淡水资源减少,能源需求增加,粮食供给的不确定性愈加严重。以江苏省为研究对象,通过构建水资源-能源-粮食(W-E-F)系统耦合协调评价指标体系,采用熵值法对各子系统指标赋权,利用耦合协调模型进行对协调发展水平进行定量评价,并基于灰色GM(1.1)模型预测未来5年的耦合协调度。结果表明:江苏省2000-2015年W-E-F系统的综合评价指数整体上随时间呈上升趋势;耦合度基本保持高水平耦合;耦合协调度呈倒"U"型曲线,经历了初级协调、勉强协调、中级协调3个阶段,并在未来5年内向良好协调类过渡。但水资源与能源的发展水平仍滞后于粮食,故提高水与能源的利用效率,以促进区域的可持续发展。     

城市水-能源-粮食耦合协调发展研究

水资源、能源、粮食是我国的重要资源,三者之间相互依存,在城市发展过程中起着重要作用,是城市可持续发展的重要基础资源。以上海市为例,构建上海市W-E-F (Water-Energy-Food 简写为W-E-F)系统的综合评价指标体系,采用熵值法和变异系数法对指标赋权,然后建立耦合协调度模型,分析上海市W-E-F系统和各子系统间协调发展水平,并应用灰色GM (1, 1)模型预测2018—2025年上海市W-E-F系统的耦合协调度发展趋势。结果显示:上海市W-E-F系统发展分为两个阶段,第一阶段为2003—2013年,W-E-F系统呈下降趋势;第二阶段为2013—2017年,W-E-F系统呈稳定上升趋势,并在未来2018—2025年耦合协调度呈稳定上升趋势,至2025年过渡到良好协调发展水平,但未上升到优质协调发展水平。上海市应继续提高资源利用效率,拓展城市协调发展空间。     

沿黄九省（区）农业用水效率与农业经济发展耦合协调关系研究

实现农业用水效率与农业经济的协调发展是黄河流域高质量发展的重要内容。分别运用非期望产出超效率SBM模型和综合评价模型测度沿黄九省（区）农业用水效率和农业经济发展水平,并运用耦合协调度模型和变异系数法分析二者的耦合协调关系及空间差异。结果表明：2011-2019年沿黄九省（区）农业用水效率和农业经济发展水平均得到整体提升,二者的耦合度处于初级耦合阶段,耦合协调度从中度耦合阶段过渡到高度耦合阶段;耦合度的空间差异不断缩小,耦合协调度的变异系数总体上呈现先减小后增大的特征;不同省（区）的耦合度和协调度处于不同阶段。因此,各地区应采取因地制宜的发展策略,同时要注重水资源利用与经济发展的协调性。     

黄河流域发展质量综合评估研究

黄河流域是一个复杂的巨系统,其中要素众多,关系复杂,既相互联系又相互制约。人民治黄以来,流域保护治理成效显著,但仍存在一些突出问题。流域高质量发展要打破传统"头痛医头、脚痛医脚"的流域治理模式,亟需从综合治理、系统治理、源头治理的角度深入开展流域发展质量综合评估的研究。本研究基于系统科学和信息论等基础理论,提出流域发展质量综合评估理论,构建了流域发展指数(Basin Development Index,BDI)及宏观-中观-微观三层的评价体系,探索流域巨系统演变规律,为流域保护治理提供技术支撑和理论依据。研究发现,BDI总体演变规律为先降低后升高,呈现震荡式向好趋势;人均GDP、总冲淤量(黄河下游)、重要断面生态基流保证率、生境质量指数为影响黄河流域巨系统的关键因素。     

中国水-能源-粮食关联系统协同安全评价

为保障我国水-能源-粮食关联系统安全,运用压力-状态-响应模型对我国2007—2016年水-能源-粮食关联系统进行协同安全性评价。选取16个代表性指标,构建我国水-能源-粮食关联系统协同安全评价指标体系及评价模型,利用层次分析法确定各指标权重,根据2007—2016年全国及各省区相关指标统计数据,对全国及不同地区水-能源-粮食关联系统进行协同安全评价。结果表明:近10年全国水-能源-粮食关联系统的协同安全度总体呈波动上升趋势。北京、天津和上海等省级行政区水-能源-粮食关联系统综合协同安全度较高;而宁夏、新疆和重庆等地区综合协同安全度低;大部分省区关联系统综合协同安全度水平2012—2016年高于2007—2011年。     

黄河三角洲地区城市化测度与水环境系统耦合关系

构建了黄河三角洲地区城市化与水环境综合评价指标体系,采用熵值法、均方差法和层次分析法确定1995—2012年黄河三角洲地区城市化与水环境系统指标权重,得出系统内主要影响因子。城市化与水环境系统演变趋势对比分析表明,城市化初期对水环境状态影响较大,后期则相对较弱,反之,水环境对城市化的胁迫作用始终较小。黄河三角洲地区城市化与水环境耦合协调度计算结果表明:1995—2012年间,黄河三角洲地区城市化与水环境分别经历了中度失调的低度耦合期(1995—1998年)、失调的拮抗期(1998—2002年)、基本协调的磨合期(2002—2007年)和良好协调的高度耦合期(2007—2012年)。2007年之后,黄河三角洲城市化发展水平较高,水环境污染防治措施发挥作用明显,使水环境维持良好状态。     

供需双侧调控下水稻灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化研究

对于水资源主要消耗用户和粮食重要生产基地的大型灌区,进行供需双侧调控是缓解灌区水资源供需矛盾、提高区域高质量可持续发展的重要途径之一。为了揭示灌区水-能源-粮食复杂的协调关系,针对性地开展系统优化调控。首先基于系统评价理论构建大型灌区水-能源-粮食系统耦合协调度评价模型,再基于灌区水资源系统模拟模型,以灌区水-能源-粮食耦合协调度最大为目标,以灌区主要作物水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限制供水比例作为优化调控变量,结合加速遗传算法,开展基于水资源供需双侧优化调控的灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化调控研究。杭埠河灌区应用结果显示:优化调控确定的灌区水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限供比例,相较于灌区运行现状能提高水-能源-粮食系统耦合协调水平,双季稻种植面积一定程度恢复使粮食产量明显提高,优化的水库旱限水位及水稻需水关键期水库限供比例,可在提升灌区干旱年份水资源利用效率的同时,较好地降低粮食作物因旱减产损失。可见,开展灌区供需双侧优化调控能显著提高灌区水-能源-粮食系统耦合协调性和适配性,可为提高水资源利用效率、布局主要粮食作物生产以及落实灌区水利高质量发展实施途径提供参考。     

广西西江流域经济-社会-生态系统协调发展研究

对广西西江流域经济、社会、生态系统综合发展能力及协调发展水平进行了探讨。结合广西西江流域经济、社会、生态系统三者之间的内在关系,构建出了能够反映复合系统及子系统的时空变化特征、相互作用的评价指标体系,并选取了2006～2016年的统计数据,对广西西江流域经济、社会、生态系统的发展指数、协调水平、协调状态和时序变化情况进行了研究。研究结果表明:①2006～2016年,广西西江流域综合发展指数呈波动上升的趋势,经济发展指数呈"三级阶梯"发展的格局,社会发展两极分化严重,生态发展指数时空差异大;②广西西江流域经济-社会-生态系统耦合协调度提升明显,以中低度协调为主;③经济-社会系统耦合协调度较经济-生态系统、社会-生态系统要稳定,经济-生态系统、社会-生态系统耦合协调水平偏低。研究结果可为广西西江流域生态文明建设的开展提供理论参考。