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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于投影寻踪模型的水-能源-粮食-人口系统安全评价

河北省作为京津冀城市圈中不可或缺的一部分,其水、能源、粮食、人口等资源安全稳定对于整个区域经济和社会的发展尤为重要。为了深入了解河北省水-能源-粮食-人口系统的安全状况,将人口因素纳入水-能源-粮食系统进行分析,构建水-能源-粮食-人口系统的安全评价指标体系,运用基于麻雀算法改进的投影寻踪模型对河北省2010—2019年水-能源-粮食-人口系统安全进行时空演变综合评价。结果表明：在研究期,河北省水-能源-粮食-人口系统安全等级逐渐升高,各市的水-能源-粮食-人口系统安全差异性降低;河北省各市水-能源-粮食-人口系统安全等级值在1.32～3.95之间,说明该系统安全处于不安全、亚安全、安全3个等级。建议河北省根据自身资源优势,合理分配资源,实现水、能源、粮食和人口的协调发展。     

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。     

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。     

京津冀水-食物系统风险评估

构建了京津冀水-食物系统风险评估体系，考虑农业水足迹因素，分3个时段对2000—2020年京津冀水-食物系统风险进行了评估。结果表明：2000—2020年京津冀水-食物系统总体面临损害性风险，系统会发生风险并造成明显破坏；河北邯郸、张家口和石家庄等市为系统风险最大的地区，北京最小；在时间变化上，2000—2020年京津冀大部分地区为Ⅲ级风险，Ⅳ级风险地区在第一时期(2000—2006年)为4个，第二时期(2007—2013年)为2个，第三时期(2014—2020年)为0个，系统稳定性随时间有所提高；在空间变化上，前两个时期风险最高的地区为张家口，第三时期为邯郸，3个时期中风险最小的地区分别为邢台、北京、唐山；2000—2020年系统主要致险因素为农业灌溉缺水率，主要承险因素为节水灌溉程度、农业灌溉设施建设状况和本地水资源量满足需求率。     

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。     

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。     

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。     

2000-2016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。     

京津冀水资源-粮食-能源-生态协同调控研究Ⅱ：应用

京津冀是我国水资源-粮食-能源-生态（以下简写为水-粮-能-生）关系表现最显著、联合风险最突出的地区之一。针对该地区特点以及水资源管理实践需求,构建了京津冀水-粮-能-生协同调控模型,识别了耦合系统现状状态,开展未来多情景推演式模拟调控,提出基于水-粮-能-生关联视角下京津冀协同调控方案。结果表明,京津冀现状水资源供需平衡是以地下水超采、河湖生态用水被挤占来维持的,在保障水-粮-能-生耦合系统平衡下,即使南水北调中线一期工程达效运行,仍存在30.9亿m³的破坏性缺水;通过需求变化、生态保障和供给能力3个方面进行未来情景推演式模拟调控,提出了保障2035水平年京津冀水-粮-能-生耦合系统协同发展情景,从水资源衰减和受水区需求角度出发,建议京津冀地区南水北调中东线后续年调水工程规模为46.2亿～60亿m³。     

青海省水资源-环境-社会经济系统耦合协调特征

水资源、环境、社会经济系统之间相互影响、协同演进，对3个系统相互作用关系的研究是目前的热点。为探究水资源-环境-社会经济系统的耦合协调特征，以青海省为研究对象，构建多系统评价指标体系，利用耦合协调模型及灰色关联模型对2000—2020年青海省水资源-环境-社会经济系统耦合协调特征进行定量评价。结果表明：(1)研究期内，青海省水资源、环境、社会经济子系统的评价指数呈现不同程度的增大趋势；(2)水资源-环境-社会经济系统耦合度处于融合高水平阶段，耦合协调度处于由中级协调向良好协调过渡的阶段；(3)在3个子系统中，水资源子系统的发展水平对青海省水资源-环境-社会经济系统耦合协调发展影响较大，环境子系统次之，社会经济子系统的影响相对较小。     

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。     

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。     

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。