水-能源-粮食纽带关系：地球科学的认知与解决方案

水-能源-粮食纽带关系正逐渐成为国际社会关注的重点议题。本文梳理了纽带关系的提出与发展,认为其发展经历了从"单一中心",向"双双关联",再到三者"纽带关系"的整合过程。并从地球科学的角度出发,分析了水-能源-粮食纽带关系在资源利用、空间分布和形成演化等方面的复杂性表现,指出认识和应对纽带关系在可持续发展中的紧迫性。本文在梳理纽带关系面临的核心问题和未来挑战的基础上,从资源调查、系统监测、大数据分析、科技创新、外部影响研究等几个方面系统总结了地球科学应对纽带关系的解决方案。     

水-能源-粮食纽带关系研究综述及前景展望

水资源、能源和粮食在人类生产生活中发挥着极其重要的作用,三者之间相互影响、相互作用,逐渐形成了一种极具敏感性和脆弱性的关联关系,即水-能源-粮食纽带关系（WEF-Nexus）。目前有关WEF-Nexus的研究已成为国内外众多学者研究的热点话题之一,本研究对当前国内外WEF-Nexus的相关研究内容进行综述,从而为未来其他学者开展WEF-Nexus研究提供参考和借鉴价值。通过文献调查法,综合分析国内外相关研究文献,从概念内涵、相关理论及模型方法3个维度总结归纳WEF-Nexus概念及理论方法研究进展。研究发现在概念界定方面,目前还未形成被广泛认可的说法;在相关理论方面,国内外学者主要采用系统论、方法论、协同论等不同理论方法研究WEF-Nexus;在模型方法方面,目前主要有针对纽带关系的专用模型和适用于纽带关系的通用模型,研究工具主要分为定性研究工具和定量研究工具。此外,基于协同、安全、风险及优化等视角梳理WEF-Nexus的相关研究进展,结果表明目前WEF-Nexus协同发展评价指标主观性较强,WEF安全纽带关系研究主要集中在安全评价方面,有关安全管控等方面的研究稍欠缺,WEF-Nexus风险诊断及预警研究仍处于空白阶段。由于WEF耦合系统的复杂性,构建WEF系统优化模型具有一定的难度,且现有文献多以研究区域或流域WEF系统的优化为主,鲜有城市或家庭层面的优化研究,因此,提出未来WEF-Nexus研究的发展方向,即绿色发展下WEF-Nexus协同发展理论研究、WEF-Nexus互馈及演化机理、基于大数据技术的WEF综合决策分析平台以及重大突发事件下WEF-Nexus风险诊断预警等是未来WEF-Nexus的研究重点。     

“水-能源-粮食”服务价值核算研究——以贵州省为例

基于生态系统服务价值的概念与研究方法建立“水-能源-粮食”服务价值核算体系,核算贵州省2013—2017年“水-能源-粮食”对社会经济与自然生态的服务价值及其纽带关系的服务价值。结果显示,贵州省“水-能源-粮食”对经济社会与自然生态的总服务价值稳中有降,水资源的服务价值以对自然生态的调节价值为主且对总服务价值具有决定性影响;能源对社会经济的正面服务价值较大,但是以更大的自然生态的负面服务价值为代价,是造成WEF的总服务价值下降的主因;粮食的服务价值逐渐增大,主要为对社会经济的供给与支撑服务价值。贵州省“水-能源-粮食”纽带关系的服务价值较小,且不稳定,呈现波动特征。因此,贵州省应当发挥水资源与水景观的优势以稳定水的服务价值,挖掘能源对社会经济的服务价值时要重点防范其对自然生态的破坏;粮食生产注重面源污染防治,发展旅游农业与生态农业。同时,调节“水-能源-粮食”的纽带关系,提高系统的稳定性。水-能源-粮食;服务价值;纽带;贵州省     

裂隙岩体渗流水-岩耦合数值分析

以单条平直裂隙中的水流运动规律和裂隙网络渗流模型为基础，介绍了裂隙岩体渗流场与应力场耦合非线性分析的基本原理以及两场耦合的数学模型，并说明了耦合计算方法及步骤，运用算例，通过对比分析耦合及非耦合两种情况下的渗流场等值线图，说明了在渗流场必须考虑水-岩耦合作用。     

基于DEA和投入产出模型的我国省际水-能源-经济耦合关系研究

产业体系中能源和水资源的消费是紧密联系的,两者存在相辅相成的关系。在生态文明建设和产业转型升级的背景下,我国需要提高能源和水资源的使用效率,实现水资源与能源协同利用,才能更好地实现经济的可持续发展。本文采用DEA分析法对2012～2017年我国各省(区、市)的水资源和能源投入利用效率评价,对各省(区、市)的综合效率和规模效率进行分析,对各省(区、市)规模报酬进行判断,研究水资源、能源投入对经济的影响。接着采用投入产出法研究水资源和能源产业之间的相关联系,分析两者之间的供求关系和依赖程度。结果显示,我国省际经济与水资源和能源之间存在协同发展关系,水资源和能源投入将会刺激经济发展;整体上来看,水资源部门发展依赖能源部门的发展,个别地区能源部门对水资源部门依赖程度较高。     

裂隙岩体水-热耦合实验研究

采用3D打印方法精确制备了光滑裂隙岩样和一维粗糙裂隙岩样,然后进行水-热耦合实验,并进行特征数方程拟合研究。结果显示,粗糙裂隙面岩样进出水温差随流量的增大而增大,随岩石表面温度的升高而增大;各级温度下各种岩体的特征方程直线斜率基本稳定在1.1,各粗糙裂隙面的截距随温度升高而增大,随粗糙度升高而增大。     

中国能源消费结构与经济发展的实证分析

采用灰色关联分析方法,对"九五"、"十五"期间我国能源消费结构与我国国民经济发展的关联度进行实证分析研究,结果表明煤炭是当前影响我国经济发展的最优能源因素,能源消费总量与GDP总值在"十五"期间呈现密切的相关关系,能源已经成为我国国民经济发展重要的影响因素.     

我国钢铁行业资源-环境-经济系统耦合协调分析

耦合协调发展水平的测度对于钢铁行业可持续发展问题的研究具有重要意义。本文将耦合协调度应用到钢铁行业,首先构建资源-环境-经济(REE)系统耦合协调度评价指标体系,利用加权TOPSIS法计算中国钢铁行业2000～2018年资源-环境-经济系统以及各子系统的评价值,然后采用耦合协调度发展模型对资源-环境-经济系统的耦合协调发展水平进行分析。结果表明:钢铁行业资源-环境-经济系统综合评价值呈现平稳-上升-平稳的发展趋势,耦合协调度经历了从勉强协调到良好协调的过渡,耦合协调状态不断改善。     

水-力耦合和隔离状态下孔道砂岩力学特性的对比

岩石的水力学特性与矿山突水灾害密切相关,为揭示不同的水岩力学相互作用,对比研究在水-力耦合与隔离2种不同力学状态下孔道砂岩力学特性的差异性。采用MTS815岩石力学试验系统,进行不同围压和孔压下孔道砂岩的常规三轴压缩试验。整个试验围压σ₃分成10,20,30 MPa共3个系列,每个系列围压试验中,孔压P设为4个级别,分别是围压σ₃的20%,40%,60%和80%。对水-力耦合下的岩石试件用热缩管进行包裹,对水-力隔离下的岩石试件加装隔水装置,在三轴静水压力状态(σ₁=σ₂=σ₃)下采用0.005 mm/s的加载率对试件进行轴向加载,直到试件破坏。结果表明:水-力耦合状态下,孔道砂岩的峰值偏应力强度、扩容起始偏应力、残余偏应力强度和变形模量与围压呈正相关关系,与孔压呈负相关关系,而泊松比的关系则正好相反,试件呈现出明显的单一剪切面破裂,破裂角分布在53°～69°变化;水-力隔离状态下孔道砂岩峰值偏应力强度、扩容起始偏应力和残余偏应力强度均与围压和孔压在总体上呈正相关趋势,水-力隔...     

水-力耦合下隔水关键层渗透性演化特征

隔水关键层对水体及含水层下煤层安全开采影响重大。为了研究隔水关键层渗透性演化规律及采动隔水关键层的隔水性能,以新安煤矿15130工作面水库下采煤为工程背景,开展隔水关键层水-力耦合渗流试验和采动隔水关键层隔水性能数值模拟试验。结果表明：承载压缩下隔水关键层渗透系数-应变曲线可分为4个阶段,且与应力-应变曲线的4个阶段对应,分别为渗透系数骤减阶段、渗透系数缓慢递减阶段、渗透系数缓慢回升阶段、渗透系数骤增阶段;压密阶段围压的变化更容易引起隔水关键层渗透系数的变化,水压与渗透系数在1～2 MPa范围内不成正相关关系;15130工作面上方隔水关键层在采动影响下发生弯曲变形,但整体上看,隔水关键层依然具有良好的隔水性能。研究结果对水体下采煤具有一定的借鉴意义。     

长江中游城镇化与生态环境耦合协调发展的多尺度研究

长江中游地区作为我国东中西部发展的传导区,是促进中部崛起的重要着力点和推进新型城镇化的重点区域,探究长江中游城镇化与生态环境的协调发展,为长江中游新型城镇化高质量发展提供参考。以长江中游为研究区域,构建城镇化与生态环境评价指标体系,利用耦合协调度模型,分别从长江中游整体、城市群之间、城市群内外部以及市域多个尺度,定量测度2005年、2010年、2015年、2017年长江中游城镇化与生态环境耦合协调度的时空格局特征,并在此基础上,采用GeoDa软件对长江中游城镇化与生态环境协调发展度进行全局和局部自相关检验。研究表明：1）长江中游整体城镇化与生态环境发展水平不断上升,耦合度始终保持在拮抗阶段,协调度从初级失调向初级协调转变,2017年长江中游整体协调度为0.53;2）长江中游4个城市群城镇化发展水平稳步提升,生态环境发展水平波动较大,2017年,除长株潭城市群协调度达到0.6,进入中度协调之外,其余城市群仍为初级协调,各城市群内部与城市群外部协调度为0.57～0.62,差异较小;3）市域城镇化与生态环境的耦合度和协调度具有空间差异,中心城市有先发展优势;4）国家政策支持、产业转型、地方发展是长江中游地区城镇化与生态环境协调度不断提升的根本原因;5）协调度空间差异主要集中在安徽和湖北,高高集聚区主要在江淮城市圈东部,低低集聚区逐渐减少至零。长江中游城镇化与生态环境的耦合协调发展程度不断上升,但其发展水平仍然较低,区域发展差异较大,实现长江中游城镇化高质量发展仍有较长的路要走。     

区域经济与生态环境耦合协调发展的时空演化研究——以黑龙江省为例

区域经济与生态环境耦合协调发展理念是区域高质量发展的重要保障。以黑龙江省及所属城市为例,构建了区域经济与生态环境耦合协调发展综合评价指标体系,依据耦合协调度模型测算了2007—2018年黑龙江省及各地市的区域经济综合评价指数和生态环境综合评价指数,及其二者之间的耦合协调度。以此为基础,以耦合协调度为别解释变量,综合评价指标体系中相关指标为解释变量,构建面板数据回归模型。结果表明：黑龙江省区域经济与生态环境呈波动式上升趋势,各地市的区域经济与生态环境耦合协调等级存在一定的异质性;经济系统指标回归系数高于生态环境系统回归系数,正向指标对耦合协调度提升的正面影响大于负面指标的影响程度。需要完善命令控制型环境规制,因地适宜实施激励型环境规制,注重两种规制手段“关联效应”和合理规划经济发展结构,实现生态环境和产业结构升级协调发展。     

山东省城市化与经济发展系统耦合协调性研究

通过构建山东省城市化系统与经济发展系统指标体系,运用熵值赋权法赋予各指标权重,并采用耦合协调度模型对2005—2014年山东省城市化系统与经济发展系统耦合协调性进行实证分析。结果表明,2005—2014年山东省城市化系统和经济发展系统存在明显的耦合发展关系,且由低水平耦合向高水平耦合发展,由极度失调状态向优质协调状态发展,两系统间耦合协调状况逐年改善,这与山东省经济和城市化不断发展关系密切。山东省经济的发展为其城市化创造了更多的就业机会、投资和更为完善的基础设施等条件,其城市化的推进也为经济发展提供了更多的劳动力、土地供应以及相应的社会福利。山东省城市化系统与经济发展系统耦合协调度不断增加的现实有利于山东省整个社会系统的健康有序发展,对中国区域协调发展也具有积极意义。     

博罗县土地利用结构与产业结构耦合协调关系

采用信息熵及耦合协调评价相结合的方法,对博罗县2009-2016年土地利用结构、产业结构变化特征及两者的耦合协调关系进行分析。结果表明：1）土地利用结构信息熵、均衡度呈逐渐上升、优势度呈不断下降的趋势,土地利用结构复杂度逐渐变高,各类用地更加均衡与稳定;2）各产业生产总值的信息熵和均衡度不断减少,优势度逐渐增加,产业结构不断优化。各固定资产投资的信息熵和均衡度不断增加,优势度不断减少,投资结构更加合理与均衡：1）博罗县土地利用结构、产业结构综合指数均呈上升趋势;2）博罗县土地利用结构与产业结构的耦合协调度、协调发展度均呈上升趋势,二者的耦合性越来越好,整体协调发展;3）土地利用结构与产业结构相对协调度基本在0～1,且L＞0、C＞0,表明同一时期内博罗县土地利用、产业经济不断持续发展,发展速度和方向趋于一致。      

河南省矿产资源产业耦合协调关系研究

本研究关注矿产资源内部上下游产业的联动协调发展关系,建立耦合协调度模型,以能源、黑色金属、有色金属、非金属4类矿产的采选业与加工业为研究对象,分析1999-2016年河南省矿产资源采选业与矿产资源加工业耦合协调发展水平,以探析河南省矿产资源产业耦合协调关系的差异和发展演变规律。通过分析,得出河南省矿产资源产业耦合协调度整体呈现“S”型,协调度指数由1999年的0.23上升到2016年的0.623。具体看1999-2004年矿产资源采选业与矿产资源加工业耦合协调度处于低水平阶段,呈缓慢上升趋势;2005-2007年矿产资源采选业与矿产资源加工业耦合协调度处于较低水平阶段,是上升最快时期,表明矿产资源产业耦合协同作用趋于一致;2008-2016年耦合协调度为维持较高水平阶段,表明矿产资源产业内部耦合协同作用趋于稳定。      

中国新疆区域协调发展的研究综述

改革开放以来,随着我国区域差距的逐渐扩大,区域协调发展就成为了国内学界研究的热点和难点问题之一。新疆在我国经济社会发展中处于特殊重要的战略地位和具有重要的作用。新疆区域协调发展问题涉及人口、生态、环境、经济和社会问题,具有一定的特殊性和战略性。本文对新疆区域协调发展方面进行研究梳理、总结,以便更好地认清新疆区域协调发展问题的研究进展,并在此基础上,提出新疆区域协调发展研究方向及若干需要思考的问题。     

四川省矿产资源开发与经济发展的耦合协调关系分析

为了分析四川省矿产资源开发与经济发展的耦合协调关系,以投资强度、产业规模和经济效益表征矿产资源开发水平,以经济实力水平、地方财政与金融水平以及投资与消费水平刻画经济发展水平,在此基础上选取14项指标,建立矿产资源开发和经济发展水平的综合评价体系。利用熵值法确定各指标权重,以TOPSIS法计算四川省2006-2015年矿产资源开发和经济发展水平的综合得分,采用灰色系统理论中的斜率关联度模型确定两者的关联程度,最后采用耦合协调度模型对两者的耦合协调发展水平进行评价。研究发现,四川省矿产资源开发与经济发展水平整体上均表现出波动上升的态势,两者存在较好的关联性;研究时段内矿产资源开发与经济发展之间由低水平耦合与磨合-良性耦合过渡到高水平耦合阶段,整体处于良好的耦合协调状态。这说明四川省矿产资源的总体规划和经济结构转型的工作取得了较好的成效。      

“水-能源-粮食”服务价值核算研究——以贵州省为例

基于生态系统服务价值的概念与研究方法建立“水-能源-粮食”服务价值核算体系,核算贵州省2013—2017年“水-能源-粮食”对社会经济与自然生态的服务价值及其纽带关系的服务价值。结果显示,贵州省“水-能源-粮食”对经济社会与自然生态的总服务价值稳中有降,水资源的服务价值以对自然生态的调节价值为主且对总服务价值具有决定性影响;能源对社会经济的正面服务价值较大,但是以更大的自然生态的负面服务价值为代价,是造成WEF的总服务价值下降的主因;粮食的服务价值逐渐增大,主要为对社会经济的供给与支撑服务价值。贵州省“水-能源-粮食”纽带关系的服务价值较小,且不稳定,呈现波动特征。因此,贵州省应当发挥水资源与水景观的优势以稳定水的服务价值,挖掘能源对社会经济的服务价值时要重点防范其对自然生态的破坏;粮食生产注重面源污染防治,发展旅游农业与生态农业。同时,调节“水-能源-粮食”的纽带关系,提高系统的稳定性。水-能源-粮食;服务价值;纽带;贵州省     

基于GIS的乌鲁木齐市土地利用与生态环境耦合规律分析

土地资源的利用效率影响到生态环境的变化，生态环境阈值反过来限制土地利用的强度和方向。为研究乌鲁木齐市土地利用和生态环境协调发展状况，论文选取乌鲁木齐市2005年、2010年、2015年、2018年土地利用类型指标数据和矢量图，利用ArcGIS对研究区域土地利用类型进行空间分析，结合土地利用动态度模型，得到乌鲁木齐市耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地使用情况，然后建立适用于乌鲁木齐市的指标体系，并结合熵权法及耦合协调度模型对乌鲁木齐市土地利用与生态环境耦合情况进行分析，研究发现：1）乌鲁木齐市土地利用—生态环境系统先后经历了中度失调—勉强耦合—初级耦合—中级耦合—良好耦合5个阶段，最终达到良好耦合状态；2）2018年生态环境指数仅为0.795 5，滞后于土地利用指数，生态环境压力居高不下，生态涵养能力和生态治理水平仅为0.152 9和0.272 5，远低于0.37的生态环境压力。今后推动区域经济发展应兼顾土地利用水平和生态环境保护两个方面。