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。

水资源—粮食—能源的发展纽带和生态文明建设新趋势

水、粮食与能源作为人类生存与发展最为根本的要素,在全球气候变化的背景下,三者之间形成了一种相互影响与制约的水资源—粮食—能源安全纽带关系,并且这种纽带关系具有脆弱性和敏感性,水资源安全在水资源—粮食—能源安全纽带中扮演了中心角色。中国是全球生态文明建设的重要利益攸关方,应积极参与并引领水资源—粮食—能源安全纽带治理。

“水资源-能源”纽带关系视角下西北地区能源产业可持续发展路径研究

基于“水资源-能源”纽带关系视角,利用Vensim PLE软件构建因果关系流图以分析西北地区水资源与能源之间的关联,设定常规发展、节水节能政策深入落实、节水节能技术改进、能源产业结构改善等情景,并采用系统动力学模型模拟比较2022—2030年GDP、单位能源生产用水量、万元GDP能源消费量和能源紧缺程度4项指标在不同情景下的发展趋势。结果表明:西北地区经济水平将持续提升,单位能源生产用水量、万元GDP能源消费量、能源紧缺程度将持续下降;与常规发展情景相比,其他情景中西北地区GDP、能源生产用水效率的提升幅度和万元GDP能源消费量、能源紧缺程度的下降幅度将更大;节水节能政策深入落实对万元GDP能源消费量、能源紧缺程度改进效果最为明显,节水节能技术改进则对单位能源生产用水量的抑制作用较为明显,能源产业结构改善能兼顾对单位能源生产用水量、万元GDP能源消费量、能源紧缺程度的约束效果。提出以节水节能政策深入落实、节水节能技术改进、能源产业结构升级等为主导的能源产业可持续发展路径,以促进西北地区能源产业的可持续发展。

中国水资源-能源-粮食纽带系统效率时空分异特征

采用SBM-DEA模型、网络DEA模型及双变量空间自相关方法对1997—2017年中国30个省级行政区的水资源-能源-粮食纽带系统(WEF系统)效率进行测度,并分析了其时空演化特征。结果表明:研究时段内,中国水资源、能源、粮食3个子系统的效率值呈现逐年上升趋势,水资源子系统、粮食子系统的效率值提升趋势明显,能源子系统效率值提升速度较为缓慢,空间分布上东部地区各子系统的效率值明显高于中部和西部地区;水资源子系统、能源子系统、粮食子系统效率值之间的空间相互作用存在一定差异,但协同作用的地区分布范围较为一致;中国WEF系统效率值呈波动上升趋势,而区域分布上,东部地区、东北地区、中部地区、西部地区的效率平均值呈依次下降的趋势,高效率区主要分布在东部沿海与黄河流域中下游地区,而西部地区则是低效率聚集区。

绿色发展对水资源能源粮食系统的影响

水资源能源粮食系统协同发展是经济社会可持续发展的重要支撑。我国生态文明建设正处于压力叠加、负重前行的关键期,资源压力大、环境容量有限和污染物排放总量高之间矛盾突出,美丽中国建设任务依然艰巨。绿色发展作为新发展理念的重要组成部分,是生态文明建设的必然要求,是建设美丽中国的必由之路,以绿色发展为抓手把准我国资源环境问题的行动脉络,为水资源能源粮食管理实践提供了全新思路。从绿色发展对水资源能源粮食系统影响的内在机理出发,结合系统的复杂性和动态性特征构建系统动力学模型,诠释了绿色发展影响下水资源能源粮食系统的演变过程,并对不同绿色发展引导和约束政策成效和实施力度进行了仿真模拟。研究发现:绿色发展通过引导和约束主体行为实现经济社会环境和水资源能源粮食系统相协调,在保证社会经济系统稳定运行的基础上,绿色发展引导和约束政策的调整与实施能够促进水资源能源粮食系统降低资源消耗和减少污染排放,政府实施的政策强度不同所取得的效果也不同。在此基础上,结合区域资源禀赋及双碳目标,未来可进一步优化绿色发展约束性政策环境,加大绿色发展政策的实施强度以促进资源高效利用和污染存量降低,充分发挥绿色发展在资源管理中的政策效能。

中国“水资源—能源—粮食”纽带关系的区域特征分析

在“水资源—能源—粮食”(WEF)纽带关系中,以资源在纽带关系中的被依赖程度来展现资源在区域WEF纽带中的重要性,以资源的紧缺度来展现资源对纽带的实际支撑能力,继而基于此2个维度构建了区域WEF纽带关系评价指标体系,运用聚类分析方法量化分析了2010—2021年间我国30省(市、区)WEF纽带关系的区域特征。结果表明:(1)北京、浙江、海南、甘肃、青海、宁夏六省(市、区)的WEF纽带均呈水能粮高依赖特征,其中北京水能粮三类资源的紧缺度均较高,浙江、海南、甘肃、青海四省的能源和粮食紧缺度较高,宁夏主要呈较高的水资源紧缺特征;(2)上海市3种资源的紧缺度以及水资源和能源在纽带中的被依赖程度均偏高;(3)天津、河北、山西、内蒙古、新疆等22个省(市、区)水资源紧缺度高,其中新疆地区水资源和粮食在纽带中的被依赖程度较高,其余省(市、区)能源对应被依赖程度均较高;(4)福建地区呈现出水资源和能源对粮食的高依赖特征,并且能源和粮食紧缺度高,最后并对各类型区域WEF纽带可持续发展提出因地制宜的建议。

一体化背景下长三角水资源—能源—粮食系统的耦合协调研究

利用2000—2020年长三角地区水资源、能源、粮食系统的相关数据,构建了长三角地区水资源—能源—粮食综合指标评估体系,并分析了长三角地区水资源—能源—粮食系统耦合协调的演变规律。结果表明:(1)长三角地区耦合度和耦合协调度均表现波动上升趋势,但在2008、2020年均呈现下跌趋势;(2)灯显机制评估结果表明,除2001年处于重警状态外,其他年份长三角地区的水资源—能源—粮食系统的协调发展水平稳步提升,实现了从中警、轻警到无警状态的三阶段跨越;(3)长三角地区耦合协调的空间异质性较为突出,各地区的多年平均协调度由大到小为:江苏>安徽>浙江>上海。最后,提出了增强水资源、能源、粮食系统之间的协调性和韧性,以及构建水资源—能源—粮食系统的风险预警机制、风险防控体系等政策建议。

长三角水资源-能源-粮食系统的协同模式及资源配置研究——基于水的核心地位

通过多目标规划建立水资源-能源-粮食系统协同分析框架,基于长江三角洲地区(长三角)城市群维度,构建水资源-能源-粮食系统的协同模型,测算复合系统优化后的偏离度和经济效益。结果表明,2001—2020年长三角水资源-能源-粮食系统优化后综合偏离度整体保持在0.135以下的低水平,但波动性较大,稳定性较差。2001—2020年粮食产量和能源开采量均保持上升态势,粮食产量较高。前期能源开采量大于粮食产量,2005年后,粮食产量高速增长,远超过能源开采量。综合效益持续升高,协同模型的经济效益较理想。据此,提出增强水资源-能源-粮食系统内部的联动性和共生性、科学规划水资源调配、能源开采和粮食生产等资源一体化调配方案、提高资源整体投入产出水平、拓宽资源跨区流动路径等建议。

水资源-能源-粮食纽带关系研究的文献计量分析

水资源、能源、粮食是维系人类生存和发展的重要因素。为探索“水资源能源粮食”纽带关系的演化和趋势,对Web of Science上1985—2021年1188篇文献进行文献计量分析。研究发现:水资源、能源、粮食纽带关系最早集中于水资源能源、水资源粮食以及水生态方面的研究,2018—2021年,重点集中于气候变化、城市化进程、循环经济等复合环境下探索三者命运共同体式的纽带关系。随着环境变化越来越复杂,未来研究的重点是在三者中选择适当的系统边界,提高资源利用率,探索水资源、能源、粮食的协同机制,实现可持续发展。

国内外“水-能源-粮食”纽带关系研究的发展现状与热点分析

当今,为了缓解水、能源、粮食3种资源供需矛盾对国际社会造成的沉重压力,从而促使对“水-能源-粮食”纽带关系的探究成为了国际学术界一项热门的研究课题。为了把握国内外“水-能源-粮食”纽带关系研究的发展脉络,以便能够为未来的“水-能源-粮食”纽带关系研究提供科学的理论依据和研究建议,本文决定将Web of Science核心合集数据库与中国知网(CNKI)数据库作为数据来源,利用VOSviewer和CiteSpace计量软件对以往的“水-能源-粮食”纽带关系研究进行梳理,通过对该研究领域所涉及的文献数量、作者合作情况、国家合作情况等信息的可视化呈现,以突发关键词为重点,从时间维度角度来探究“水-能源-粮食”纽带关系研究的发展概况与变化趋势。研究结果表明:1)2010—2022年对“水-能源-粮食”纽带关系的研究已受到国内外学术界的一致重视,论文发文数量呈现出持续增长的趋势,并且各研究国之间均存在着较为密切的合作关系。2)可持续发展、气候变化、治理、研究模型是以往研究文献中出现次数较多的关键词,不但反映出对“水-能源-粮食”纽带关系研究要基于可持续发展的前提之下,而且还拓宽了该纽带关系的研究范围、研究视角、研究方法。3)2010—2022年对“水-能源-粮食”纽带关系的研究已经从纽带关系的内部机制拓展至纽带关系的外部环境,研究方法也由较多的定性分析转向了定量化的模拟预测分析。4)经关键词时间线演进趋势和突现强度分析表明,当前学术界对于“水-能源-粮食”纽带关系的研究已呈现出由初步探索向着纵深解析的转变,并且新的研究方法已被学术界广泛应用于对“水-能源-粮食”纽带关系的探索之中。

黄河流域水-能源-粮食纽带系统效率研究

为了促进黄河流域高质量发展,考察黄河流域水-能源-粮食(W-E-F)纽带系统效率及其影响因素,并从中探寻提高系统效率的途径。首先借助三阶段DEA模型测算2005—2021年黄河流域及各省(区)W-E-F纽带系统效率,其次对黄河流域整体及各省(区)效率测算结果进行时空分析,最后使用双向固定效应模型实证考察W-E-F纽带系统效率的影响因素。研究表明:1)黄河流域整体W-E-F纽带系统效率呈现波动上升趋势,并呈现上、中、下游效率依次上升的空间分布格局;2)黄河流域各省(区)具备一定的资源配置能力,第三阶段规模效率有所下降;3)粮食安全、能源安全、环保支出、研发投入以及人均GDP都对W-E-F纽带系统效率起到显著的正向促进作用。

黄河流域水资源-能源-粮食的协同优化

黄河流域是中国重要能源和粮食主产区,然而水资源短缺已成为制约能源、粮食发展的关键要素。为优化流域水资源、能源、粮食之间的关系,引入协同学原理构建水资源-能源-粮食整体分析框架,建立具有总分结构、互馈关联的协同优化模型,采用多要素均衡智能算法,提出黄河流域粮食生产、能源开发与水资源调配一体优化的布局方案。结果表明,通过水资源-能源-粮食协同优化,2030年增加流域供水量23.98亿m3;优化了流域粮食生产布局,人均粮食产量提高12%;优选了能源产业规模和结构,煤炭开采、石油加工和火电总装机分别增加了2.86倍、4.08倍和0.80倍;在满足生活、生态环境用水的同时实现了粮食增收、能源增产。

基于文献计量分析的水、能源和粮食纽带关系研究进展

水、能源和粮食(WEF)是满足人类基本需求和社会经济发展的重要资源,自2008年至今,WEF相关研究引起国内外广泛关注,论文数量增加近百倍,已成为当前研究热点。但考虑目前只处于初步研究阶段,亟待系统梳理已有研究以期指导未来发展,基于此采用定量及定性结合的方法梳理国内外WEF纽带关系的研究进展,通过解析国内外研究尺度、方法及对象的异同之处,力求研判我国WEF未来领域研究方向。结果表明:(1)2008—2022年WEF纽带研究大致可分为概念探索、初步开发和蓬勃发展三个阶段。(2)根据定量Citaspace方法发现,研究热点方面国际上侧重基于量化评估方法开展资源间的流动研究,国内则聚焦于影响因素分析以支撑政策制定;研究前沿方面国际研究逐步实现了从宏观管理到微观应用再到更深入的多要素化研究转变,相较而言国内研究较为滞后。(3)根据定性归纳总结发现,研究尺度方面共包括全球、国家、流域、区域、城市、家庭六种尺度,国际聚焦于人口密集的城市尺度,而国内聚焦于WEF矛盾突出地区尺度,例如黄河流域、京津冀地区。研究方法方面国际聚焦于量化评估及模拟优化,而国内聚焦于量化评估和指标评价。研究对象方面国内外均聚焦于WEF内部研究。未来我国需在WEF纽带机理认识、研究尺度扩展、集成模型开发、外部要素耦合方面加强关注。

基于水-能源-粮食纽带关系的灌区水土资源多目标优化配置模型研究

从水-能源-粮食纽带关系的角度,研究构建了灌区水土资源多目标优化配置模型方法,提出了包括灌溉效益净值最大化、水分生产率最大化、粮食生产能源效率最大化的目标函数,以及体现水资源、能源和粮食生产之间交互关系的决策变量、约束条件和模型参数取值;针对模型多个优化解的问题,提出了水-能源-粮食优选指数和水-能源-粮食综合效益指数,为多组优化配置方案的进一步比选和综合效益量化提供了决策参考。以某大型灌区为例进行了模型应用与优化计算,得到了8组优化结果和一个最优方案,并分别针对实际配置情况和优化配置情况进行评价对比。研究结果表明:实例灌区优化方案的粮食产量、水分生产率和能源效率与优化前实际情况下提升了8.31%、18.93%和15.49%,灌溉净效益仅减少0.32%,但灌区综合效益提升了11.11%,模型优化效果明显;所提出的配置模型能较为清晰地展现灌区在资源消耗、粮食产量和经济收益等方面的相互制约关系,且不同的求解方案对于节水、节能、增产、增收等方面具有不同程度的偏向性,所提出的指数能够实现优中选优的比选,以此开展水土资源优化配置实践,能充分发挥灌区水资源及能源的利用效率、提升作物产量和灌溉效益,为灌区水土资源高效利用提供了一种新思路。

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。

我国农业区水资源-能源-粮食系统协调适配与农业产出——基于人力资本门槛效应的实证

基于2012—2016年我国40个农业区域的面板数据,在考虑人力资本差异的情况下,建立耦合评价模型和面板门槛模型,测度农业区水资源-能源-粮食(WEF)三大主要资源的协调适配程度,并以此为基础,探索WEF系统的协调适配对农业产出的影响。研究发现,(1)我国大部分农业区WEF系统处于临界适配区或耦合失谐区,整体上投入产出存在不匹配的现象,投入要素冗余严重,资源配置效率偏低。(2)WEF系统协调适配与农业产出存在双重门槛,只有当农业从业人员达到较高教育水平时,WEF系统的协调适配对农业产出呈现显著的促进作用。

基于水足迹理论的河北省粮食与能源生产对水资源的竞争关系研究

为了探究在粮食与能源生产过程中对水资源的竞争关系,以河北省为例,基于水足迹理论,计算分析了河北省2003~2017年粮食生产绿水、蓝水足迹和能源生产蓝水足迹及河北省粮食与能源对水资源的压力指数、竞争指数。结果表明,2003~2017年河北省粮食绿、蓝水足迹呈波动下降趋势,谷类水足迹占比最大;能源生产水足迹呈先上升后降低趋势,火力发电水足迹占比最大。能源和粮食对水资源的压力指数呈逐年增加趋势,从0.22增长至0.30。能源与粮食对水资源的竞争关系仅2012~2013年为适度竞争,其余年份均达到强竞争及以上。因此河北省应继续提高资源利用效率,提高水-能源-粮食可持续发展空间。

极端天气下特大型城市“水资源能源粮食”安全风险研究

以国内外特大型城市的极端天气事件和“水资源能源粮食”纽带关系的理论与实践为指导,分析极端天气下特大型城市外部水资源、能源、粮食压力突出问题,得出极端天气下特大型城市“水资源能源粮食”安全风险具有复杂性、安全系统具有脆弱性的特征;极端天气短期内激发了特大型城市资源需求,加剧了资源供应中断的风险,从而影响特大型城市资源安全。指出应通过“硬件”治理(韧性基础设施建设)和“软件”治理(“点线面”多主体协同治理)两个方面的安全风险韧性治理路径,应对当前极端天气下特大型城市“水资源能源粮食”安全风险治理的挑战。

基于PSR-CGPM的区域"水资源-能源-粮食"系统安全评价研究

资源安全问题已成为制约我国经济可持续发展的瓶颈.本文分析了水资源、能源和粮食复杂系统相互作用的机理及耦合关系,基于压力-状态-响应(PSR)模型建立了区域水资源-能源-粮食(WEF)系统安全评价指标体系;构建了基于熵权法和通用灰色预测模型(CGPM)的水资源-能源-粮食系统安全综合评价及预测模型.以我国典型区域内蒙古为例,对其2007-2016年的水资源-能源-粮食系统安全进行综合评价并对未来5年的水资源-能源-粮食系统安全水平进行预测.结果表明:内蒙古2007-2016年WEF系统安全水平从2007-2009年较为稳定,2009-2010年明显下滑,之后安全水平呈平稳上升趋势;对内蒙古WEF系统安全综合指数进行预测,结果显示,2017-2021内蒙古WEF系统安全水平持续改善.最后,结合内蒙古实际,提出了加强水资源-能源-粮食管理的政策建议.

黄河流域水资源-能源-粮食系统投入产出效率及影响因素

基于水资源能源粮食纽带系统视角,运用SBM-网络DEA方法,对黄河流域水资源-能源-粮食系统的投入产出效率进行测度,并通过Tobit模型分析系统效率的影响因素。结果表明:黄河流域水资源能源粮食系统效率整体呈现波动上升趋势,其中水资源系统是整个纽带系统中的“短板”;山东、四川、河南系统效率值较高,而甘肃、内蒙古、宁夏和青海始终处于低效率水平。人口增长以及气候灾害会对系统效率产生负向影响,而水资源丰度、治理效能、经济发展水平的提升均能促进系统效率增长;人口增长及城市化水平、气候灾害和经济发展水平对低效率地区影响较大;而水资源丰度、对外开放水平以及科技创新水平对中高效率地区影响较大。