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。     

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。     

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。     

山东省水-能源-粮食系统耦合协调关系变化研究

山东省地处黄河下游,是粮食生产和能源消耗大省,水资源供需矛盾突出,为实现区域资源可持续发展,采用耦合协调评价模型,分析山东省2000—2020年水-能源-粮食系统耦合协调发展变化特征。结果表明：山东省水-能源-粮食系统整体发展趋势较为稳定,处于初级协调阶段;各子系统间离散程度相对较低、相互影响程度高,大多数年份水-能源-粮食系统处于初级协调阶段;干旱导致水资源短缺、能源供需矛盾等问题,对系统耦合协调程度影响较大,提升抗旱减灾和能源保障能力可促进山东省水-能源-粮食系统协调可持续发展。     

中国水—能源—粮食纽带系统安全水平与全要素生产率时空耦合协调关系分析

为研究中国资源系统与经济系统耦合协调发展状况,通过构建水-能源-粮食纽带系统安全评价指标体系,应用TOPSIS模型、DEA-Malmquist指数和耦合协调度模型,对中国30个省(自治区、直辖市)(不包括港澳台及西藏)水-能源-粮食纽带系统安全水平与全要素生产率进行了测算,从时间和空间的角度分析了二者耦合协调关系。结果表明：中国水-能源-粮食纽带系统安全水平呈“双极分布”的空间格局,整体安全水平逐年提升,粮食子系统安全水平最高,水资源子系统安全水平最低;2005—2019年中国全要素生产率呈波动上升态势,水-能源-粮食纽带系统与全要素生产率耦合协调时空格局差异显著,耦合协调度呈现上升趋势,空间格局由南至北呈现出“高—低—高”的空间分布特征,时间维度上耦合协调呈现向高水平耦合阶段演进的趋势。     

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。     

山西省水-能源-粮食系统耦合协调时空变化特征研究

为探究山西省水-能源-粮食(W-E-F)系统耦合协调程度的时空变化特征,构建W-E-F系统评价指标体系,采用综合评价指数和耦合协调模型,测算全省及各地市2008-2017年W-E-F系统发展水平及其耦合协调程度,并分析其时空变动特征。结果表明:9年间全省W-E-F系统耦合协调度从0. 55上升到0. 83,总体达到良好协调水平。但各子系统发展特征不同,粮食子系统发展水平较高,表现稳定,水资源子系统发展滞后且稳定性较差。系统协调水平和各子系统的发展水平均存在显著且逐渐扩大的空间差异,2017年初级协调区和中级协调区占比分别为45%和55%。太原、忻州和晋中3市协调水平较高,协调水平较低的朔州和运城主要受能源和水资源子系统的制约;各子系统空间差异大小为能源>粮食>水资源,W-E-F各子系统发展水平最低的地区分别是运城、朔州、阳泉。大多数地区面临W-E-F系统内部发展日益失衡的问题,各子系统间存在突出的矛盾,主要表现为粮食和能源子系统与水资源子系统之间的压力和制约效应。最后提出促进山西省W-E-F系统协调发展的措施。     

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。     

河南省引黄受水区资源-生态-经济系统安全评价与耦合协调分析

资源-生态-经济系统是一个复杂的互馈系统,系统的安全及协调发展关系到一个地区的可持续发展与稳定。以河南省引黄受水区涉及的14个地级市为研究区,采用熵权法与耦合协调度模型,评价和分析了2011—2018年各地级市的资源-生态-经济系统安全水平和子系统间的耦合协调发展关系,结果表明:(1)河南省引黄受水区各地级市的资源-生态-经济系统安全水平普遍不高,安全评价指数均在0.70以下;(2)失业率、城乡生活环境用水占比、人均用水量是影响资源-生态-经济系统安全的关键性指标;(3)资源子系统、生态子系统、经济子系统的空间不均衡发展是制约资源-生态-经济系统安全的根本原因;(4)资源-生态-经济系统内部存在强烈的作用关系,耦合协调发展水平有待进一步提高。     

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。     

黄河中下游沿黄城市水资源承载力贴近度空间结构及作用机理

采用贴近度测度黄河中下游31个沿黄城市水资源承载力,分析承载力贴近度的空间特征和空间作用机理。结果表明：黄河中下游流域城市水资源承载力整体偏低,尤其是下游流域沿黄城市的水资源供需矛盾尖锐;从空间结构特征全局看,31个沿黄城市水资源承载力整体呈现空间自相关特征,从局部看,大部分城市无分异特征,但中游流域出现热点区域,下游流域尤其是河南省出现低洼区域;通过沿黄城市水资源承载力贴近度空间作用机理分析,中游流域沿黄城市水资源承载力受到驱动力（D）、压力（P）、状态（S）、影响（I）、管理（M）5个因素的影响,且城市之间存在空间虹吸效应,水资源表现出空间竞争,而不是空间协同发展。下游流域沿黄城市水资源承载力只受到驱动力（D）、状态（S）、影响（I）3个因素的作用。研究成果可为沿黄城市加强水资源的管理、优化城市发展模式提供参考。     

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。     

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。     

东江下游流域城水耦合协调关系评价及其影响因素

针对城镇化进程对水资源系统干扰逐步加强的问题, 基于水资源、水环境、水生态子系统构建水资源环境评价体系,基于空间、人口、社会经济子系统构建城镇化质量评价体系,测算东江下游流域14个区县单元的城水耦合协调度,并运用灰色关联模型分析城水动态耦合关系的主要影响因素。结果表明,2010—2020年大湾区东岸城镇化水平不断提高,水资源环境水平波动上升,城水耦合度提升显著,由磨合阶段转变高水平耦合阶段;耦合协调度在2010—2015年显著提升,2016—2020年微弱下降,其中黄埔、龙华等城市边缘区耦合协调度降幅较为明显,空间分异显著;高水平城水耦合关系下,人口增长、建设用地扩张是胁迫水资源环境的主要因素,水资源紧缺、用水效率低下以及水生态系统服务功能恶化是限制城镇化发展的主要原因。     

基于能值水生态足迹模型的黄河流域水资源利用评价

为辨析黄河流域突出的水资源问题,科学分析流域水资源利用状况,将能值理论和水生态足迹法相结合,构建能值水生态足迹模型,计算和分析了黄河流域2011—2018年的能值水生态足迹、能值水生态承载力和水生态盈亏状况.结果表明:2011—2018年黄河流域能值水生态足迹呈平稳上升趋势,能值水生态承载力呈先下降后上升趋势,但历年能...