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。     

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。     

京津冀水-能源-粮食耦合系统安全评价

为实现京津冀水-能源-粮食协同合作，从可靠性、协同性和韧性3方面选取31个指标构建水-能源-粮食耦合系统安全评价指标体系，分析了2000—2020年京津冀水-能源-粮食耦合系统安全水平，并基于Copula函数计算联合风险概率。结果表明：2000—2020年京津冀水-能源-粮食耦合系统安全指数整体呈现上升趋势，其中北京年均指数最高，达0.63,河北最低，仅为0.48;各区域间可靠性水平无显著差异，均呈现较差水平；人均水资源量、人均能源消费量、地下水供水占比、二氧化碳排放量等是影响水-能源-粮食耦合系统安全的主要障碍因子；京津冀可靠性、协同性和韧性三维联合达到较安全水平的概率为0.723,不均衡发展会影响整体水-能源-粮食耦合系统安全。     

黄河流域水-能源-粮食安全系统的耦合协调发展研究

为探究黄河流域水-能源-粮食安全系统协调发展对推动流域人地关系协调、高质量发展的意义,以黄河流域水-能源-粮食安全系统为核心,构建流域水-能源-粮食安全系统综合指数,采用主成分分析法计算各指标权重,利用耦合协调度模型对2007—2017年黄河流域水-能源-粮食安全系统耦合协调度进行测算,并对2018—2027年流域耦合协调度进行预测。结果表明:黄河流域水-能源-粮食安全系统综合指数处于中等水平;流域2007—2017年水-能源-粮食安全系统耦合协调度经历初级和中级耦合协调发展水平,整体呈上升趋势,发展潜力较大;黄河流域水、能源安全子系统综合指数呈现轻微负增长态势,对系统整体发展提升存在一定负向压力;预测结果显示流域耦合协调度在预测期内仍将保持在中级协调。提高黄河流域水-能源-粮食安全系统协调性,推动黄河流域高质量发展,必须统筹考虑水、能源、粮食之间的协调关系,从根本上加强流域资源与生态的综合高效管理。     

京津冀地区水-能源-粮食系统协同发展评价

为保障水-能源-粮食系统协同发展,以协同学理论为基础,构建协同度评价模型。从水资源系统、能源系统、粮食系统3个层面选取25个指标构建京津冀地区水-能源-粮食系统协同发展评价模型,对京津冀地区协同发展水平进行评价。结果表明,京津冀地区水-能源-粮食系统协同度整体上呈现上升趋势,但京津冀各地协同程度存在一定差异;2011—2016年京津冀协同度变化无规律,处于较低的水平,2017—2020年协同度呈明显上升趋势。     

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。     

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。     

我国水-能源-粮食耦合关系及影响因素

为缓解我国水、能源和粮食资源紧张问题，促进资源可持续利用，构建水-能源-粮食系统，利用耦合协调度模型对我国的30个省（自治区、直辖市）进行测算,并利用空间杜宾模型分析主要影响因素。结果表明：2003—2017年，我国能源、粮食评价[JP]指数高于水资源评价指数，系统综合评价指数逐年递增；大部分省份耦合协调度处于初级协调水平且呈现逐年上升的态势，个别省份耦合协调度濒临失调；耦合协调度空间自相关性较强，虽有明显波动，但是呈现逐年加强的态势；影响耦合协调度的主要因素有从业人口数、固定资产投资额、人均生产总值、人口总数、[JP]文盲人口占比、工业污染排放、城镇化。     

2000-2016年甘肃省水资源—能源—粮食耦合协调特征研究

以甘肃省为研究对象,构建水-能源-粮食(W-E-F)系统的评价指标,运用耦合协调模型对甘肃省2000-2016年W-E-F系统的时空变化特征进行研究。结果表明:甘肃省W-E-F系统的综合评价指数整体呈现显"N"型变化趋势,水资源系统评价指数的发展趋势变化幅度较大,对W-E-F的综合评价指数的贡献最大;甘肃省W-E-F系统耦合度处于0. 21～0. 32,变化波动幅度较小且基本上保持平稳状态,处于低水平耦合阶段和颉颃阶段,耦合协调度处于0. 27～0. 42,其耦合协调类型大多为失调衰退型,耦合度和耦合协调度存在区域差异;不同因素在不同区域对W-E-F系统影响的方向和程度不同,其中常住人口、人均耕地面积、有效灌溉面积与W-E-F协调度的变化是同向,城镇化与W-E-F协调度变化既有正向又有负向的影响,而地区GDP对W-E-F系统的影响最不显著。     

京津冀地区水-经济-生态耦合协调发展特征评价

运用耦合协调度模型评价了2006—2019年京津冀地区水资源-经济社会-生态环境的耦合协调发展状态,并利用灰色关联法分析了影响京津冀地区耦合协调发展的主要因素。结果表明:2006—2019年京津冀地区水资源-经济社会-生态环境耦合协调发展水平总体呈上升趋势;京津冀地区和北京水资源系统持续滞后,天津水资源和生态环境系统交互滞后,河北处于经济社会系统滞后的状态;北京始终处于耦合协调发展最好水平,天津其次,河北耦合协调发展缓慢;水资源总量和地下水储变量是影响京津冀地区耦合协调度最重要的因素,人口变化情况次之。     

京津冀地区城镇化与水资源可持续利用的演变及匹配特征

提高水资源利用效率是实现京津冀地区城镇化高质量发展的关键环节。通过构建京津冀城市群新型城镇化水平评价指标体系,评估其时空演变特征;利用水资源生态足迹模型揭示城市群水资源利用格局。在此基础上,结合耦合协调度模型及空间匹配模型探究两者的匹配特征。结果表明：在新型城镇化水平方面,北京市（0.82）>天津市（0.47）>河北省各市(0.1~0.4),且障碍因子存在空间差异,北京市表现为生态和城乡一体化,而天津市和河北省的约束力主要来源于人口和社会城镇化。京津冀地区水资源可持续性有所增强,具体表现为人均水资源生态足迹和足迹深度下降,人均水资源生态承载力和足迹广度有所上升;而与成渝城市群相比,京津冀城市群水资源生态赤字形势严峻,高强度农业用水是造成水资源生态足迹较高的主要原因。新型城镇化质量与水资源供需在时间尺度上处于勉强协调阶段,其中北京市（良好协调）和天津市（中级协调）耦合协调度呈现上升趋势,河北省各市耦合协调性较差;水资源生态赤字与城镇化质量的空间匹配度有所下降,河北省空间匹配性（匹配）高于北京市（不匹配）和天津市（较为匹配）。     

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。     

京津冀水资源与经济社会协调度分析

为了实现京津冀三地水资源-经济-社会系统协调发展的目的,构建了京津冀水资源-经济-社会系统耦合协调度模型,以2007～2016年为研究时间段,综合运用熵值法、AHP法、耦合度与耦合协调度计算等分析了各子系统和综合系统的发展水平以及系统的协调程度。通过分析,可以得出以下结论:①区域内部存在着分化现象,综合发展水平由高到低依次为北京、天津、河北;河北水资源相对丰富而经济社会相对落后,天津的水资源水平发展最慢。②三地耦合度均高于耦合协调度,整体而言,水资源-经济-社会系统水平朝向愈加协调的方向发展,2016年天津、河北达到了高水平-高度协调状态,北京达到了高水平-极度协调状态。基于上述分析结果,从各子系统的发展角度提出了相应的对策及建议,以期促进京津冀三地的水资源-经济-社会系统的协调发展。     

中国主要粮食作物虚拟水—虚拟耕地复合系统利用评价及耦合协调分析

粮食生产离不开水土资源的支撑,农业水土资源的协调发展是保障国家粮食安全持续性和稳定性的重要前提。基于虚拟水、虚拟耕地视角,构建了虚拟水-虚拟耕地复合系统协调发展的评价指标体系,引入耦合度和耦合协调度函数,结合时间序列和空间自相关分析方法,测算了1998、2005、2010和2017年中国31个省域的耦合度、耦合协调度和子系统综合发展评价值,对我国主要粮食作物省域虚拟水-虚拟耕地复合系统发展状况进行时空分析。结果表明:省域主要粮食作物虚拟水系统与虚拟耕地系统综合发展水平的时间变化趋势趋于一致,均呈现先下降后回升再下降的过程;空间分布格局呈现出东部和中部高、西部低的特征,空间分异有所增强;耦合协调方面,在时序演变上,省域主要粮食作物虚拟水-虚拟耕地复合系统耦合度高,彼此相互作用及影响,形成耦合共生系统,但复合系统耦合协调度远低于耦合度,存在着较大的提升空间,等级分布结构呈现"两头少,中间多"的纺锤型分布,在空间分布上,呈现显著的正向空间自相关性,但大多数省域的空间集聚类型处于不稳定状态。     

京津冀地区水-能源利用效率与资源压力核算

基于多层次投入产出法,核算了京津冀地区各部门的三层次体现水强度及体现能源强度,分析了京津冀地区水与能源的“源”与“汇”流通特征,构建了水-能源贸易间接消耗资源压力指数,对贸易引发的资源压力进行了定量化分析。结果表明,京津冀三地全行业平均体现水强度分别为69-90m3/万元、68-51m3/万元和103-13m3/万元,体现能源强度分别为28-58GJ/万元、22-84GJ/万元和38-29GJ/万元,资源利用效率天津最高、河北最低;北京和天津受限于资源禀赋条件,倾向于调入原产品和最终消费品,其经济和资源之间的脱钩发展得益于将资源密集型产品的生产转移至其他省份,河北则为京津地区资源安全使用提供了保障;体现水贸易对北京和天津各部门水资源压力的缓解作用显著强于河北,体现能源贸易对北京各部门能源压力的缓解作用显著强于天津和河北;体现水贸易对京津冀地区能源压力的影响显著低于体现能源贸易对水资源压力的影响,能源耗水在水-能源纽带关系中起到主导作用。     

水资源效益与城乡供水一体化发展耦合效应分析——以洛川县为例

为了研究水资源效益与城乡供水一体化发展之间的协调程度,以延安市洛川县为例,在建立水资源效益系统和城乡供水一体化发展系统的评价指标体系的基础上,运用脉冲响应函数(IRF)、耦合度及耦合协调度模型等方法对洛川县水资源效益系统与城乡供水一体化发展系统进行耦合效应分析。结果表明:节水灌溉面积的增加与城乡供水一体化发展水平的提高彼此之间具有相互促进作用,农业万元GDP用水随着城乡供水一体化发展水平的提高先是持续减小,后有所增加,而城乡供水一体化发展水平对农业万元GDP用水增大的响应却相反;2007-2015年洛川县水资源效益综合评价指数整体呈增大趋势,城乡供水一体化发展综合评价指数逐年增大,且两者之间相关系数高达0.965;洛川县水资源效益系统与城乡供水一体化发展系统之间耦合度均在0.4~0.5之间,耦合协调度逐年提升,从2007-2010年的失调阶段发展到2011-2015年的协调阶段。