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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水-能源-粮食纽带关系定量研究方法综述

在总结水-能源-粮食纽带关系研究中, 使用频率较高或潜力较大的 8 种水-能源-粮食纽带关系定量研究方法为: 水-能源-粮食纽带关系工具 2.0( WEF Nexus Tool 2.0) ; 生命周期评价( LCA) ; 可计算的一般均衡模型( CGE) ; 系统动力学模型( SD) ; 气候、土地、能源与水资源策略( CLEWS) ; 基于社会生态系统代谢的多尺度综合评价( MuSIASEM ) ; 市场配置/ 市场配置系统集成模型( MARKAL/ TIMES) 和水资源评价规划模型-长期能源替代规划系统 ( WEAP2LEAP) 。通过总结各研究方法的产生、发展及特性, 并引用案例讨论其适用范围, 分析其优缺点和在使用 时需要注意的问题。在此基础上, 对未来水2能源2粮食纽带关系定量研究方法的发展趋势进行讨论, 认为伴随可持 续发展问题关注度的上升与水-能源-粮食纽带关系内在机理的挖掘, 未来的水-能源-粮食纽带关系定量研究方法将 更加注重量化的精确性和数据的互通以及跨学科研究和多方法的耦合。本文可为水-能源-粮食纽带关系定量研究方法的选择和更新优化提供参考。     

黑龙江省水-能源-粮食系统动力学模拟

基于系统动力学理论,建立黑龙江省水-能源-粮食纽带关系仿真模型,对2010—2017年黑龙江省水资源的供需情况和能源、粮食的生产与消费进行模拟。通过设置和对比4种不同的发展方案,探究黑龙江省水-能源-粮食合理的配置方案。结果表明:黑龙江省的水资源安全形势较为严峻,在4种发展方案中,采取严格规划方案的正面效果最显著;强化发展方案下的能源消耗最明显,无论采取哪种发展方案,如果不对能源消费量加以控制,全省的能源安全可能无法保证;黑龙江省的粮食安全比较稳定,不易受外部条件的影响,保守节约方案下的粮食库存和粮食供需平衡比最大;仅采取一种发展方案可能无法实现水-能源-粮食系统的整体安全。     

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。     

基于水-能源-粮食纽带关系的用水量分解与测度

基于水-能源-粮食纽带关系视角,采用Kaya扩展恒等式和对数平均迪氏分解法(LMDI)对1998—2019年我国用水量变化的影响因素进行定量评估,重点探讨水-能源-粮食纽带效应、技术进步效应、经济规模效应和人口效应的贡献率及其变化趋势。研究表明：工农业生产用水量逐渐减小,而居民生活用水量逐渐增大;水-能源-粮食纽带效应是抑制用水量增长的首要因素,其中能源-粮食纽带效应贡献最大,但是逐年波动幅度较大,而水-能源纽带效应和水-粮食纽带效应波动较小且从2001年起表现为持续的负效应;虽然研究期内技术进步效应对用水量的抑制效果开始减弱,但是以工农业能源强度下降为主要表现形式的技术创新对用水量增长仍有很好的抑制效果;工农业经济规模扩张推动了用水量的增长,且近年来工业经济规模效应强于农业经济规模效应;人口效应的贡献较小,但是内部效应却表现出明显的两极分化现象,城镇化、人口规模和农村居民人均消费对用水量增长均具有促进作用,而逆城镇化和城镇居民人均消费则表现为抑制效应。     

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。     

中国水资源-能源-粮食耦合系统安全评价及空间关联分析

采用Logistic曲线、耦合协调度模型和探索性空间数据分析等方法,对中国水资源-能源-粮食耦合系统进行安全评价及空间关联分析。结果表明:(1)随着经济的发展,中国多数省份水资源安全指数、能源安全指数和粮食安全指数呈上升的趋势;(2)中国水资源-能源-粮食耦合系统安全系数在2001—2015年多数省份呈上升趋势,而几个资源大省如河北、河南、山东、陕西等地耦合安全程度呈现波动或者下降的趋势;(3)从全局空间分异来看,中国各地区水资源-能源-粮食耦合系统安全性存在着空间集聚现象;从局部空间分异来看,空间正相关模式(低低和高高集聚)所占比例很大,低低集聚主要集中在西部和中部欠发达地区,而高高集聚主要分布在东部地区,在空间分布上比较稳定。     

京津冀水资源-粮食-能源-生态协同调控研究Ⅰ：方法与模型

京津冀是我国重要的粮食、能源消费地,但水资源已经成为制约区域粮食、能源和生态可持续发展的关键要素。为优化水-粮-能-生系统间关系,实现水-粮-能-生关联视角下多水源协同调控,本文以GWAS模型为基础,通过改进水资源调配模块,添加粮食生产、能源消耗和层次化需水预测模块,构建了实现各系统关键要素传递和互馈的水-粮-能-生协同调控模型。根据京津冀水-粮-能-生系统紧密耦合的特征,建立保障水安全、粮食安全、低碳发展路径和生态健康的协同发展目标,提出了基于NSGA-Ⅱ和耦合协调度的协同优化算法与综合协同指数,以实现水-粮-能-生耦合系统协同调控方案优化求解。     

长江经济带水-能-粮流通及压力变化特征分析

为促进长江经济带绿色可持续发展，实现区域资源优化配置，基于多区域投入产出模型，计算了2012年及2017年长江经济带区域9省2市的虚拟水、虚拟能和虚拟粮流通量，并在此基础上构建了水、能源、粮食以及水-能源-粮食系统压力指数用以分析长江经济带水-能-粮的流通、压力及其变化特征。研究结果表明：长江经济带区域虚拟水、虚拟能及虚拟粮在2012年以及2017年均呈现净流出，虚拟水和虚拟能净流出量减少，虚拟粮净流出量增加，虚拟资源流通格局与其资源分布不协调。长江经济带各省市2012年水资源压力较2017年变化不大，而能源、粮食以及水-能源-粮食系统压力呈现增加的趋势。2017年压力分布格局与2012年基本一致，下游地区较中上游地区压力更大。因此，长江经济带中上游地区应该充分利用好自身的资源禀赋，加强与下游地区的贸易流通，实现区域资源的合理分配。     

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。     

水资源-能源-粮食-生态系统耦合协调及驱动力分析

为加深对我国水资源、能源、粮食、生态系统协同演变趋势的认识,构建水资源-能源-粮食-生态多维系统指标体系,运用耦合协调度模型对我国2005—2020年水资源-能源-粮食-生态系统耦合协调度进行评价,并采用多因素归因分析法进行驱动力分析。结果表明：我国水资源-能源-粮食-生态系统耦合协调度从2005年的0.55增长到2020年的0.84,各地区耦合协调度从勉强协调发展水平过渡到中级协调发展水平,各子系统对耦合协调度上升的驱动分别经历了由粮食子系统到生态子系统再到水资源子系统主导的过程;能源子系统的贡献率虽然比较小,但是未来可能是各地区提升水资源-能源-粮食-生态系统多维系统协调发展水平的突破口。