黄河流域九省(区)人口-水资源-经济-生态环境系统耦合协调发展及障碍因素分析

黄河流域九省(区)人口扩张和经济发展带来一系列资源和环境问题,亟待探究其人口-水资源-经济-生态环境(PWEE)系统耦合协调关系,促进黄河流域高质量发展。针对黄河流域九省(区)构建了PWEE系统耦合协调发展评价指标体系,采用熵权法、耦合协调度模型和障碍度模型,对2008—2020年黄河流域九省(区)PWEE系统综合发展水平、耦合协调状态和障碍因素进行分析。结果表明:黄河流域九省(区)PWEE系统及其各子系统综合发展水平呈上升趋势,耦合协调度从2008年的0.56上升至2020年的0.69,由勉强协调进入初级协调阶段,水资源子系统一直是影响九省(区)PWEE系统协调发展的限制因素,其平均障碍度从2008年的49.05%增加至2020年的55.48%,人均水资源量为主要障碍因子。

长江经济带矿产——经济——生态环境系统耦合协调发展研究

为贯彻落实“共抓大保护,不搞大开发”的建设思想理念,实现长江经济带绿色可持续发展,基于2001—2019年长江经济带11省市的相关数据,构建了矿产资源—区域经济—生态环境评价体系。通过设定三大子系统的优先发展级,运用熵权法、耦合协调度模型定量分析不同优先级下的矿产资源—区域经济—生态环境系统耦合协调发展水平,并从中选取最优发展模式。结果表明:长江经济带三系统耦合协调发展特征显著,整体上由轻度失调区间上升至中级协调区间,且耦合协调度值上游<中游<下游。分省来看,耦合协调程度由低到高依次为云南、江西、贵州、安徽、湖南、上海、重庆、江苏、四川、浙江、湖北。除了湖北、浙江、四川三省位于良好协调区间外,其余8省市均位于中级协调区间。同时,“经济优先”仅适用于短期发展,“环境优先”更适合长期发展。故为促进长江经济带协调可持续发展,整体上应坚持以环境保护为重心的发展战略,个体上要进一步针对不同省市采取差异化的措施。

河西走廊水资源-生态环境-社会经济系统耦合关系及时空分异

推进水资源、生态环境与社会经济系统协调发展为促进区域经济增长、社会进步和生态和谐与高质量发展提供技术支撑。文章基于修正耦合协调度模型评价河西走廊水资源-生态环境-社会经济系统耦合协调水平,运用灰色关联度模型和泰尔指数揭示驱动因素和空间异质性,并利用趋势面映射耦合协调度全域分布。结果表明:(1)由经济发展带动水资源-经济-生态系统综合发展水平逐年上升,综合发展指数由2006年0.29增长至2021年0.65。(2)河西走廊水资源子系统、经济子系统、生态子系统两两之间的耦合协调度呈不同趋势上升,水资源-生态-经济系统耦合度发展处于颉颃阶段向磨合阶段升级;协调度经历“轻度失调衰退-濒临失调衰退-勉强协调发展-初级协调发展-中级协调发展”五个阶段。(3)区域空间异质性逐渐发展为减小趋势,2021年空间分布表现出东南部发展优于西北部格局,金昌和张掖逐步成为河西发展优势区域。(4)城市化率、排污总量、节水灌溉面积对河西走廊水资源-生态环境-社会经济耦合发展起到较大的驱动作用。研究结果对河西走廊经济-生态-水资源系统协同发展具有一定的借鉴意义。

茶产业—旅游业—生态环境系统耦合协调发展评测及时空分异特征——以长江经济带为例

评测和分析长江经济带茶产业-旅游业-生态环境系统耦合协调发展水平对于推动长江经济带高质量发展具有重要理论意义。通过构建茶产业-旅游业-生态环境系统耦合协调度评价指标体系,并利用耦合协调模型和马尔科夫链测算和分析2009-2020年长江经济带10个省(市)茶产业-旅游业-生态环境系统综合发展水平及耦合协调度时空演变特征。研究发现:①长江经济带10个省(市)茶产业-旅游业-生态环境系统总体综合发展水平保持向上增长的势头,茶产业综合发展水平由2009年的东高西低向2020年的东低西高格局转变,各省(市)旅游业综合发展水平维持向上齐头并进的发展状态,生态环境综合发展水平呈现向上增长和小幅波动的良性发展趋势;②各省(市)3个系统耦合协调度总体较低并呈现空间异质性,其中浙江省3个系统处于协调状态,其他省(市)处于不同程度的失调状态,但中西部各省(市)3个系统的失调状态逐渐改善,区域间的耦合协调度差距逐渐缩小;③长江经济带3个系统耦合协调发展具有维持已有状态的稳定性,并呈现循序渐进向较高等级状态发展的演变态势。最后,本文就实现长江经济带茶产业-旅游业-生态环境系统高水平、协调性及一体化发展提出相关对策建议。

区域能源-经济-环境系统耦合协同度实证研究

双碳战略的提出对我国能源结构提出挑战,能源-经济-环境耦合协同成为关注热点。利用2016-2021年各省份面板数据,基于熵权法构建耦合协同度评价体系,采用不同准则组成的四种评价方法测算全国30个省份能源-经济-环境系统耦合协同度,并对不同方法测算结果进行一致性检验及测算区域均衡情况。研究表明:①各省份目前均处在中度失调与低度失调状态,耦合协同度呈上升趋势。②组内差距是导致发展不均衡的主要原因。

基于系统理论的城镇化与生态环境耦合协调发展评价研究——以东阳市为例

城镇化是拉动社会经济发展和提高人民生活水平的重要引擎,自改革开放以来,我国始终保持城镇化快速发展,一定程度忽略了环境资源的承载能力和绿色发展理念的贯彻应用,城镇化与生态环境协调发展也存在发展差异性、不均衡的问题。文章以县域城市东阳为样本,通过构建城镇化与生态环境耦合协调度模型,进一步分析东阳城镇化和生态环境两个系统是否失衡的问题,探索在“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局下如何兼顾经济生态化和生态经济化的路径。

技术与规范结构耦合:数字时代环境法律系统的智慧建构

数字技术在推动山水林田湖草沙一体化保护和系统治理上发挥着重要作用,技术赋能环境治理逐渐成为数字化与绿色化协同转型的时代趋势。然而,数字技术在环境治理过程中的“高效率”特质,能从实然层面影响环境法律规范适用,并引发效率与公正之争。在系统论视野下,数字时代的环境治理以程序代码为载体,技术实质上承担了部分环境监管职能,即技术系统对环境法律系统产生了“激扰”,引发了系统功能分化。技术系统与环境法律系统都属于社会系统中“封闭运作”的功能子系统,并围绕“技术代码”形成了结构耦合关系,这成为环境法律系统优化的形成机理。因此,为契合数字时代环境治理需求,环境法律系统自创生分为两个阶段:一是规范及时回应技术内嵌式环境监管,实现代码规范化;二是技术与规范结构耦合,实现规范代码化,最终完成环境法律系统之智慧建构。

基于生态系统服务价值的黄河流域生态与能源-经济-环境耦合协调发展研究

分析黄河流域各省份的生态环境问题,探讨生态系统服务价值时空演化特征及其与能源、经济、环境的协调发展现状,对促进黄河流域高质量协调发展有着重大价值。构建4E系统评价指标体系,基于黄河流域9省区2000、2010和2020年的土地利用数据及能源、经济、环境相关的统计数据,分析黄河流域生态系统服务价值时空演化特征及其分别与能源、经济、环境二元及四元系统的耦合协调发展水平。结果表明:2000—2020年黄河流域的耕地和未利用地面积不断减少,林地、水域和建设用地的面积不断增加,草地面积先减后增;从时间维度看,九省区的生态系统服务价值从2000年的18 385.52亿元增长到2020年的80 242.06亿元;从空间维度来看,黄河流域上游省份的生态系统服务价值较高;研究期内,黄河流域各省份的生态、能源、经济、环境系统组成的复合系统的综合发展指数,各二元系统及四元系统的耦合协调水平均呈缓慢上升趋势。但甘肃和宁夏四元系统耦合协调度变化幅度较低,尤其是宁夏生态-能源-环境-经济系统耦合协调水平仍处于轻度失调状态。据此,提出完善区域对接机制,优化国土空间布局;优化工业产业结构,培育壮大新兴产业;严控工业废物排放,助推产业绿色转型等发展建议。

基于SD的水资源-经济-生态环境耦合系统研究

本文采用系统动力学方法,建立了一个水资源-经济-生态环境耦合系统模型,以探究安徽铜陵地区的水资源管理问题。结果显示,协调发展方案到2035年的水资源基本满足供需平衡的要求,其供需缺口仅为120万m^(3)。表明协调发展方案在水资源管理领域具有明显的优势,为有效管理水资源并实现可持续发展提供了参考。

卫星耦合传感网环境下实时地理信息系统研究

基于解决地球空间信息服务时空信息效率较低、缺少观测共享集成服务问题的目的,选取GIS技术和传感网络技术作为研究工具,提出卫星耦合传感网环境下实时地理信息系统研究。通过分析卫星耦合传感网环境,判断该环境下搭建实时动态网络地理信息系统可靠性,采用观测过程中运行算法,实现卫星动态地理模块和传感网络模块的互补作业。系统测试结果显示,本系统满足地理信息动态观测,并且实时性较强,可以作为地理信息观测工具。

安徽省能源、经济与生态环境三大系统耦合协调发展研究

为推进能源、经济与生态环境相互融合、协调发展,采用改进熵值法测算2016—2020年安徽省16个地级市能源、经济与生态环境系统综合发展值,并采用耦合协调度模型评价各系统间协调发展水平.得出结论:2016—2020年间三大系统综合发展水平为生态环境系统>经济系统>能源系统,三大系统耦合协调度呈“上升-下降”状态,其中经济与生态环境协调度最高.从演变格局来看,能源与经济耦合协调发展呈现“皖北>皖南”格局,其中皖南地区呈“U型”发展;经济与生态环境协调发展呈现安徽省中部城市低于其相邻城市的分布特征,并且高耦合协调度城市由皖南地区逐步向北扩散.能源与生态环境耦合协调发展呈现“皖北>皖中>皖南”格局,其中皖北地区呈现波动式上升趋势.

甘肃省能源—经济—环境系统耦合协调发展分析

“双碳”目标驱动下,高质量发展要求能源、经济与环境协调发展。为明确甘肃省能源、经济与环境间的关系,本文选取2005—2020年甘肃省能源、经济和环境方面的数据,构建能源-经济-环境(3E)系统评价指标体系,利用熵值法和耦合协调度对甘肃省3E系统进行分析,研究发现,2005—2020年,甘肃省3E系统耦合协调度处于勉强协调与初级协调的反复波动中,2013—2020年长期为初级协调状态,3E系统耦合协调度较低。基于此,甘肃省经济发展需持续优化能源、经济与环境间关系,提升3E系统的耦合协调度,助力“双碳”目标实现。

珠江三角洲城市群城市化与生态环境系统发展模式及耦合效应研究

珠江三角洲城市群的高速发展打破了城市的生态平衡。文章探究区域城市化和生态环境的耦合关系,对城市的可持续发展具有重要意义。从生态环境状态等五个维度构建城市化-生态环境协调发展评价体系,采用熵值法与层次分析法确定权重,测度珠三角城市的发展水平。研究结果可为区域生态-经济协调发展和未来国土空间规划的编制提供参考。

乡村旅游与农村人居环境的耦合协调关系及障碍因子诊断——以山西省为例

在构建乡村旅游与农村人居环境评价指标体系的基础上,运用层次分析法、耦合协调度模型等定量分析山西省11个地级市乡村旅游与农村人居环境的耦合协调关系,运用障碍度模型对其耦合协调关系的障碍因子进行诊断。结果表明:(1)各地级市乡村旅游水平、农村人居环境水平的区域差距较大,且二者之间存在明显的空间错位。(2)晋中、临汾和运城为中度耦合协调级乡村旅游领先型,晋城、长治和吕梁为中度耦合协调级同步型,太原和阳泉为中度耦合协调级乡村旅游滞后型,忻州和大同为勉强耦合协调级同步型,朔州为初级耦合协调级乡村旅游滞后型。(3)基础设施、公共服务、产业机构是限制山西省乡村旅游与农村人居环境耦合协调发展的关键障碍因子,且7个维度的障碍分布状况差异较大,各地级市的关键障碍因子并不一致。(4)山西省今后应加强基础设施建设、提升公共服务水平和优化乡村旅游供给,并结合各区域的耦合协调关系及障碍因子状况,采取合理措施推动乡村旅游与农村人居环境持续协调发展。

雄安新区绿色金融与大气环境耦合协调的时空演变

绿色金融与大气环境耦合协调发展是经济可持续发展的一个重要问题,也是雄安新区建设绿色之城的前提和保障。以雄安新区为研究对象,构建绿色金融与大气环境综合评价的指标体系,运用熵权TOPSIS法、耦合度模型、协调度模型和相对发展度模型,研究了2018年1季度至2021年4季度雄安新区绿色金融与大气环境耦合协调的时空演变。研究表明:(1)从时间层面来看,雄安新区绿色金融和大气环境综合指数呈现波动上升的趋势,两系统耦合度处于0.193~0.862之间,其相互影响逐渐增强;协调度水平从0.227增长到0.697,进入初级协调等级;相对发展度大幅上升,但整体上仍处于绿色金融发展滞后的阶段,绿色金融对大气环境的支撑力度还有待加强。(2)从空间层面来看,雄安新区绿色金融与大气环境耦合度、协调度和相对发展度总体水平均高于其周边绝大多数区县,雄安新区的设立与建设极大促进了该地区绿色金融与大气环境的协调发展。

深部地热能系统主要挑战与耦合储能的增强型创新开发模式

中国在中低温地热能直接利用方面早已领先全球,但在深部地热能发电方面却发展缓慢。深部高温高压环境下岩石渗透性降低,深部地热能开采需要建立工程型地热系统(Engineered Geothermal System,EGS),通过水力压裂对储层进行改造,以获得具有较高渗透性的人工地热储层。由于目前常用的深部地热能储层改造技术主要借鉴油气增产领域的水力压裂工艺,在热储改造效果、地震风险控制、高效取热等方面受到限制。首先总结深部地热能水力压裂的特点为:裂缝破坏主要以剪切机理为主;冷水回灌引起的温差效应产生拉应力会促使裂缝向更远处扩展;持续的注水使注入井井筒压力高于地层压力,有助于保持裂缝处于张开状态。因此,EGS水力压裂不需要使用支撑剂,与依靠支撑剂的油气井增产压裂完全不同。同时,系统剖析EGS面临的发电产能低、注采连通差、诱发破坏性地震以及无补贴难盈利4大难题与挑战。从创新压裂和循环利用层面提出耦合储能的增强型创新开发模式(Regenerative Engineered Geothermal System,REGS),通过数值模拟研究REGS的优点。结果表明,采用水平井非等距、非等面积、非等注水量分段压裂,可以提高注水井与生产井的连通能力。通过优化压裂工艺,采用多段压裂模式,每次压裂初始期间快速提高注水速率,而后期缓慢降低注水速率,避免井筒压力的突然波动,可以达到控制诱发地震震级的目的,避免产生实质性伤害地震。结合可再生能源大规模地下存储,既能实现多能互补,又能提高REGS项目生产寿命和盈利能力。研究成果有助于为我国深部地热能热电联产和储能一体化技术的试点和标准化推广奠定基础。

2000-2020年黄河流域水-能源-粮食系统耦合协调时空演变特征

[目的]探讨黄河流域水—能源—粮食系统的耦合协调时空演化特征,可为定量评估流域高质量发展和区域可持续发展提供科学依据。[方法]通过耦合协调度模型分析水—能源—粮食系统的综合发展水平和耦合协调特征,并利用灰色关联度对各子系统内部指标进行排序,进而判断对水—能源—粮食系统耦合协调度的影响程度。[结果](1)黄河流域水—能源—粮食系统的综合发展指数呈上升趋势,水资源子系统波动幅度最大。(2) 2000—2020年黄河流域水—能源—粮食系统耦合协调度从初级协调向良好协调阶段发展;不同省区间的系统耦合协调发展水平差异较为明显,整体上可表现为上游地区>中下游地区。(3)各子系统与系统耦合协调度的影响程度排名可表示为水资源子系统>粮食子系统>能源子系统,其中水资源子系统内部指标与系统耦合协调度关联度均在85%以上,水资源子系统相对其他子系统的严格管理尤为重要。[结论]水—能源—粮食系统的耦合协调发展水平有待提高,为促进系统协调发展和流域高质量发展应综合考虑各子系统的相互作用关系。

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。

中国水-能-粮耦合系统协同安全发展战略研究

水是水-能-粮(WEF)耦合系统的核心要素,为保障国家粮食和能源安全,必须加强水资源管理,坚持水资源、能源和粮食协同安全发展。在系统总结国内外WEF耦合系统纽带关系研究进展、科学认识WEF基本内涵的基础上,分析了我国各省份水资源、能源、粮食开发利用过程中存在的问题,揭示当前WEF耦合系统发展面临的能源需求持续增长与能源安全结构性矛盾日益凸显、不稳定因素加剧粮食安全风险、资源不匹配带来水资源约束趋紧、高质量发展对水-能-粮-生提出更高要求四大挑战,围绕区域特点和高质量发展目标,针对性提出了区域可持续发展模式与策略。研究建议,在西北资源富集地区,通过“四水四定”、水权交易及调水工程缓解水资源短缺;在京津冀地下水超采区,优化粮食安全布局,强化水与能源协同调控;在东北粮食增产区,拓展粮食生产空间,保护水资源合理开发利用;在南方水资源丰沛区,深化农业供给侧结构性改革,统筹“水风光储”一体化开发,以期为实现绿色低碳的可持续发展路径提供科学支撑与决策参考。

中国省域环境规制与科技创新耦合协调发展研究

环境规制与科技创新耦合协调发展能为实现经济增长与生态文明提供强有力的支撑。该文构建环境规制与科技创新水平评价指标体系,利用耦合协调度模型测算2009—2020年中国30个省域环境规制与科技创新的耦合协调度,并对耦合协调度的时空分布格局进行分析。结果表明:研究期内中国30个省域环境规制与科技创新的耦合协调度整体偏低,尚未达到良性耦合协调发展状态,但呈现上升趋势,增幅呈现“西高东低”特征;各地区耦合协调度发展不均衡,整体呈现“东高西低、南高北低”的空间分布格局,高水平耦合协调区域逐渐从东部沿海向内陆扩张;依据协调等级和特征将各省域划分为创新主动型、技术进步型、环境约束型、传统被动型和创新滞后型,并提出环境规制应结合地区创新能力实施差异化的区域政策等建议。