京津冀地区城镇化与水资源可持续利用的演变及匹配特征

提高水资源利用效率是实现京津冀地区城镇化高质量发展的关键环节。通过构建京津冀城市群新型城镇化水平评价指标体系,评估其时空演变特征;利用水资源生态足迹模型揭示城市群水资源利用格局。在此基础上,结合耦合协调度模型及空间匹配模型探究两者的匹配特征。结果表明:在新型城镇化水平方面,北京市(0.82)>天津市(0.47)>河北省各市(0.1~0.4),且障碍因子存在空间差异,北京市表现为生态和城乡一体化,而天津市和河北省的约束力主要来源于人口和社会城镇化。京津冀地区水资源可持续性有所增强,具体表现为人均水资源生态足迹和足迹深度下降,人均水资源生态承载力和足迹广度有所上升;而与成渝城市群相比,京津冀城市群水资源生态赤字形势严峻,高强度农业用水是造成水资源生态足迹较高的主要原因。新型城镇化质量与水资源供需在时间尺度上处于勉强协调阶段,其中北京市(良好协调)和天津市(中级协调)耦合协调度呈现上升趋势,河北省各市耦合协调性较差;水资源生态赤字与城镇化质量的空间匹配度有所下降,河北省空间匹配性(匹配)高于北京市(不匹配)和天津市(较为匹配)。

长江中游城市群水-碳-生态足迹变化特征及其平衡性分析

长江中游城市群是长江经济带三大跨区域城市群支撑之一,实现该区域高效协同发展对于打造全国重要增长极具有重要意义。基于水-碳-生态足迹评估长江中游城市群资源环境压力,引入基尼系数分析城市群水-碳-生态足迹与经济、人口、水资源的平衡性,并构建深度神经网络模型预测水-碳-生态足迹的未来变化趋势。结果表明:长江中游城市群2000—2015年的人均生态足迹由1.98hm^(2)增至4.06hm^(2),人均碳足迹由0.27hm^(2)增至0.56hm^(2),年平均增幅分别为6.56%和6.5%;人均水资源生态足迹整体呈先下降后上升,最后趋于平衡的变化趋势;大部分城市的水资源超载指数为正值,总体水资源状况良好,湖南和江西水资源状况优于湖北。长江中游城市群面临巨大资源环境压力,且大部分来自于碳排放压力。研究期内,江西省资源环境压力由中上等级升至较高等级;湖南省资源环境压力基本处于高等级;湖北省资源环境压力均处于很高等级。城市群人口分布、经济发展、水资源分布与水-碳-生态足迹的匹配关系较差。从生态足迹角度来看,综合基尼系数均值为0.456,处于"一般不匹配"范围,研究期内呈现缓慢下降趋势,表明区域间整体协调性增强;从碳足迹角度来看,人口、GDP和水资源基尼系数均有逐年增加的趋势;综合水资源生态足迹基尼系数达到了0.421,处于"一般不匹配"范围;从资源环境压力角度来看,水资源基尼系数年均值达到0.774,处于"严重不匹配"范围;综合基尼系数逐年上升,处于"严重不匹配"范围。而足迹预测结果显示长江中游城市群未来的人均水-碳-生态足迹变化幅度较小,均值分别为1.01、0.74、5.04hm^(2),湖北的整体生态环境仍不理想。通过分析区域水-碳-生态足迹变化特征和发展平衡性,以期为长江中游城市群经济、环境和资源之间的协调发展提供科学依据。

城市集群土地利用碳足迹时空分异及响应特征

该文基于土地利用碳足迹模型,对比分析长江中游城市群和成渝城市群碳足迹时空分异特征,并利用回归模型明晰社会经济等因素与碳足迹水平之间的响应关系。结果表明:长江中游城市群2000-2015年的碳吸收由11.18×10^(6)t增至11.21×10^(6)t,成渝城市群则由2.84×10^(5)t增至2.86×10^(5)t,林地的碳吸收占比最大(大于95%)。长江中游城市群和成渝城市群碳排放量整体呈逐年上升趋势,其峰值分别为2.96×10^(8)t(2011年)和2.41×10^(8)t(2013年);城市群碳排放来源差异较大,长江中游城市群以煤炭(36.7%)和原煤(33.6%)为主,成渝城市群则为原油(31.2%)和原煤(36.35%)。长江中游城市群人均碳足迹由0.27 hm^(2)增至0.60 hm^(2)(年增速21.36%),成渝城市群则由0.23 hm^(2)增至0.38 hm^(2)(年增速11.11%);而长江中游城市群的人均碳承载呈轻微的下降趋势,由0.026 hm^(2)下降至0.021 hm^(2),成渝城市群则呈现先上升后下降的趋势,2003年达到峰值(0.0157 hm^(2))。城市群间碳足迹响应关系存在明显差异,其中,调整产业结构和增加财政科学事业费支出能够降低长江中游城市群碳足迹水平,而城镇人口比重和人均生产总值对碳足迹具有正向影响;严格控制农业化肥使用量和人口密度则能够显著降低成渝城市群碳足迹。通过与京津冀城市群碳足迹对比,结果表明京津冀城市群碳压力(82.94)远大于长江中游城市群(40.45)和成渝城市群(67.13)。

城市水资源管理系统动态交互规划研究

针对不确定性条件下区域水资源管理系统的优化控制,建立了基于模糊可信度约束规划的动态交互规划模型。该模型以四种水资源系统安全状态(相当安全、基本安全、不安全和极不安全)作为约束条件,引入可信度以反应系统的模糊性。将此模型应用于北京市水资源管理系统,并提出交互式模糊满意度算法求解该模型,以全局最优满意度权衡经济和环境目标之间的冲突性。结果表明:当水资源系统安全等级从相当安全降低为极不安全时,规划期内的优化配水量降低了57.95×10^(8) m^(3),系统的经济效益也降低了164.9亿元,污染物排放量显著上升22.05%;可信度水平越高,供水不足和污染物排放过多的风险就越低,经济利益和污染物排放也就越低;可信度越低,经济效益和污染物排放越高,但同时系统风险也在增加。可信度水平能够被视为一个评价指标以评估最终解决方案的可靠水平。相比于传统水资源配置方法,该模型更加真实模拟了多层目标和多决策者的动态交互过程。

城镇化视角下建筑碳排放达峰动态情景模拟

随着中国城镇化进程的快速发展,建筑部门的能源消耗和碳排放量将持续增长,探究区域建筑碳排放未来的动态演变趋势对于中国实现“双碳”目标至关重要.基于城镇化视角构建“城镇化-建筑碳排放”系统动力学模型,揭示城镇化相关因素对建筑碳排放的作用机制.在此基础上,借助多情景分析对京津冀地区2000~2050年建筑碳排放演变趋势和达峰情况进行动态模拟.结果表明:①在基准情景下农村居住建筑、城镇居住建筑和公共建筑碳排放分别于2027年、2028年和2037年达到峰值(以CO_(2)计,下同)0.60亿、0.99亿和1.95亿t.②低碳情景下,城镇居住建筑碳排放达峰时间最早,在2024年达到峰值0.88亿t.③深度低碳情景下,总体建筑碳排放达峰时间比低碳情景提前5 a,将在2028年达到峰值2.61亿t.④敏感性分析显示公共建筑碳排放因子和空间维度的人均公共建筑面积是影响建筑碳排放的主要因素,人口维度的城镇人口占比次之.最后为京津冀地区政府进行节能减排规划提出建议.

长江中游城市群生态足迹指标与社会经济发展的适配性

生态足迹是量化区域自然资本利用可持续性的关键指标。本文运用三维生态足迹模型评估长江中游城市群2000—2015年的可持续发展情况,结合非均衡指数和环境库兹涅兹曲线分析生态足迹指标与社会经济发展的适配性。研究表明:(1)长江中游城市群人均生态承载力下降而人均三维生态足迹不断增大(增幅6.81%),区域生态赤字较为严重;其中,长株潭城市群和环鄱阳湖城市群人均三维生态足迹的变化拐点分别出现在2007年和2009年;区域草地与耕地的资本存量消耗量(足迹深度)不断提升,而林地和水域的资本流量(足迹广度)更新速度能够满足资源消费需求;总体来看,长江中游城市群资本存量损耗严重(但优于成渝和长三角城市群),环鄱阳湖城市群自然资本可持续利用空间优于武汉城市圈和长株潭城市群。(2)足迹广度与足迹深度存在地域互补性,即资源富饶的地区一般有较大的足迹广度和较低的足迹深度。聚类分析结果表明:荆门、咸宁、襄阳等地区足迹广度大而足迹深度小,其自然资本利用格局较优;而武汉、鄂州、黄冈等地区而足迹广度小足迹深度大,其生态可持续性差。(3)长江中游城市群人均三维生态足迹与水资源、人口的匹配度较差,与GDP匹配度较高;此外,研究发现当城市群城镇化率达到某一阈值时,其与人均三维生态足迹和足迹深度关系可能发生转变:武汉城市圈、长株潭城市群和环鄱阳湖城市群的人均三维生态足迹与城镇化率间均呈现倒“U”型特征;除环鄱阳湖城市群(城镇化率上升,足迹深度增加)外,武汉城市圈与长株潭城市群足迹深度与城镇化率符合环境库兹涅兹曲线的特点。研究结果能够为实现城市群自然资本可持续利用及绿色发展提供理论支持。