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。     

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。     

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。     

我国牧区水-土-草-畜平衡研究进展与展望

近年来,我国牧区草原生态退化严重,严重威胁国家生态安全,系统总结草原生态保护措施研究演变过程,提出进一步开展牧区水-土-草-畜平衡研究非常必要。本文从牧区水-土-草-畜平衡研究进程及进展出发,系统归纳、分析了我国草畜平衡研究、水草畜平衡研究、水-土-草-畜平衡研究的成果和不足,提出了牧区水-土-草-畜平衡研究技术框架,并根据新的形势与阶段探讨了牧区水-土-草-畜平衡研究的发展趋势。可为促进牧区水土草资源可持续利用、草原生态环境良性循环和社会经济可持续发展提供参考。     

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...     

水-能源-粮食纽带关系的研究

近年,国际上开始关注"水—能源—粮食"纽带关系(Water-Energy-Food Nexus, WEF-Nexus)。水资源与能源关系密切,共同为重要的战略资源。梳理WEF-Nexus这一概念的提出与发展情况,总结国际社会对纽带关系的理解及应对措施,并对我国相关领域的政策制定提出建议。     

变化环境下流域水-碳平衡演化研究综述

流域水量平衡与碳平衡通过植物光合作用与蒸散发过程紧密相联。在全球环境变化的背景下,研究流域水-碳平衡的耦合关系与对变化环境的响应规律对于发展生态水文科学具有重要科学意义,也可为区域水安全保障、生态系统服务功能评价、气候变化适应性对策制定等提供科学支撑。本文从水循环与碳循环要素的监测、水-碳耦合关系的量化和模拟、变化环境对水-碳平衡的干扰、流域尺度上水-碳平衡演化规律识别与归因等方面对相关研究进展进行综述,探讨当前的研究热点、面临的问题与挑战、以及未来的发展趋势。     

城市水系统水—能关系研究进展

国外关于城市水系统水—能关系的最新研究表明,如果从水源取水、给水处理、水配给、水资源终端消费与污水收集与处理这5个环节计算和分析水系统整体的能耗情况,则不仅反映出城市水资源利用过程伴随着巨大的能源消耗和碳排放,也表明水在终端消费过程中的能源强度是5个环节中最高的,终端节水具有巨大的节水节能潜力.这种分析水—能关系的方法称为过程分析法,它能针对特定的水系统进行分析,是目前最常用的分析方法.在对国内外研究进展进行总结的基础上,进一步建立了城市水系统水—能关系研究的概念框架.概念框架中包含水系统的能源强度、能源需求总量与水系统的碳排放量三大研究内容,其中,水系统各个环节的能源强度研究是基础,水资源终端消费过程中的能耗特征和影响因素是研究的重点和难点.我国在该领域的研究与国外存在一定差距,应尽快展开相关研究,促进城市水资源和能源的高效利用与节能减排.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

中国水-能源纽带关系双向消耗核算研究

针对经济社会发展中水与能源的消耗问题,从水资源开发利用过程中的能耗与能源生产过程中的水耗两个角度进行双向的定量分析,并采用双向核算法估算了全国主要能源产业生产现状总用水量与水资源利用的总耗能量,厘清了水与能源之间的纽带关系。研究结果表明：水与能源之间存在着环环相扣的关系;6类能源中火力发电耗水量最大,水力发电次之,其后分别为原煤、原油、天然气,太阳能发电耗水量最小,2016年中国主要能源生产过程中耗水量约占全国用水总量的3.14%;水资源利用过程中地表水取水总能耗最大,非常规水源利用总能耗较小,2016年中国水资源利用过程中的能耗约占全国能源消耗总量的2.44%。     

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。     

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。     

基于水足迹与水-能源-粮食关联关系的提水灌溉系统种植结构优化

灌溉系统是农业生产与用水的关键载体,其水-能源-粮食关联关系的协调性对区域可持续发展有重要影响。相较于传统的灌溉水高效分配研究,水足迹理论明晰了农业生产水资源消耗总量及其利用类型。针对提水灌溉系统水资源、能源供需配置不紧密及其生态影响考虑不全面的问题,联合水足迹理论与水-能源-粮食关联关系,统筹社会、资源、生态和经济多维系统,构建了考虑水资源调配、农业生产用水及粮食生产转移全过程的提水灌溉区种植结构多目标优化评价模型。将该模型应用于涟水灌溉区,通过调整粮食作物(水稻、小麦、玉米和大豆)的种植结构,运用Topsis方法对比评价了现状和优化配置情况的相对贴近度。优化结果表明：在保障粮食安全的基本前提下,应增大玉米的播种面积,减少大豆的播种面积;相较于现状,优化后的年均粮食单方水经济净效益提升4.0%,作物碳足迹在农作物种植基线改变时呈现下降态势,且2018年优化后的碳足迹降低79.5 kg。优化方案的相对贴近度均大于现状,对促进提水灌溉系统资源高效利用和农业可持续性具有可靠的支撑作用。     

基于水足迹-扩展LMDI模型的河南省水资源利用与经济发展脱钩关系研究

针对河南省水资源约束经济发展的相关问题,构建水足迹-扩展LMDI模型,将脱钩驱动因素分解为四大脱钩因子,研究河南省2004—2018年水资源利用与经济发展的脱钩关系。研究结果表明:从总体人均水足迹占有量和自给率上看,河南省整体水资源匮乏情况有所缓解但仍处于紧缺状态;从脱钩状态方面看,河南省整体脱钩状态向好发展,农业用水脱钩状态较稳定,水文年份对农业虚拟用水量及脱钩状态均有影响;在脱钩因素分解方面,技术脱钩因子对河南省脱钩有所贡献,产业结构和规模经济分别为脱钩主要促进和抑制因子,人口驱动因子变化对于河南省脱钩的抑制效应不明显。因此,需要提高河南省水资源利用效率、工业用水重复率,以及促进农业灌溉节水技术的推进。     

黄河流域水资源-能源-粮食纽带关系研究

黄河流域是中国重要的能源基地和粮食主产区,而水资源短缺使流域可持续发展面临严峻挑战。为评估流域能源、粮食生产耗水与区域水资源之间的平衡关系,基于2007—2017年黄河流域9省(区)能源耗水量和粮食耗水量,对耗水压力的时空格局演化特征进行综合研判。结果表明:在研究期内,黄河流域能源耗水量和粮食耗水量都呈现波动上升趋势;山东省多年平均能源耗水量和多年平均粮食耗水量最高;流域平均单位粮食产量蓝水足迹为0.37 m~3/kg,中下游区单位粮食产量蓝水足迹明显高于上游区的;基于虚拟水视角和实体水(蓝水足迹)视角所得到的粮食生产耗水量数据,构建了两种水压力指数评价方案,两种方案均显示出水压力指数呈逐年上升的趋势,但方案一显示各省(区)均处于低耗水压力区,方案二显示水压力指数具有明显的空间差异性。