基于水-经济社会-生态环境协同演变的生态流量阈值适宜性研究

针对天门河-汉北河流域生活-生产-生态“三生”用水矛盾突出、水生态退化及经济社会发展受限等问题,基于水系统理论与系统动力学方法,构建“水-经济社会-生态环境”耦合模型,从系统层面研究河道内生态流量阈值的适宜性。应用情景模拟法,考虑高效节水、再生水利用率提高等调控措施及未来天然来水的不确定性,设置9种情景模拟2022—2035年研究区高、中、低3种生态流量阈值下的水资源供需及经济社会发展态势。结果表明:高效节水和再生水利用率提高均有利于缓解因生态流量阈值增大而引起的区域水资源用户间的冲突问题;从“水-经济社会-生态环境”协调发展的角度分析,建议研究区丰水年(P=25%)生态流量阈值设置为年径流量的30%~50%,平水年(P=50%)和枯水年(P=75%)生态流量阈值设置为年径流量的10%~30%;增大生态流量阈值的同时应采取提高水资源利用效率的调控措施。研究结果从“水-经济社会-生态环境”耦合系统的协同演化机制出发分析河流生态流量阈值的适宜性,为复杂水资源系统的优化运行与科学管理提供了理论基础。

社会水循环系统水—能—碳纽带关系及低碳调控策略研究

水是社会经济系统中最活跃、最关键的因素,伴随水的取用和处理,温室气体排放规模不断增加,因而研究社会水循环系统中的能源消耗和碳排放规律对推动实现“双碳”目标具有重要意义。文章从水—能—碳纽带关系角度着手,梳理了社会水循环过程中的能源消耗和碳排放现状,基于变化趋势及影响因素分析结果并把握面临的机遇和挑战,提出了“双碳”目标下社会水循环系统高效低碳发展的应对策略。我国社会水循环系统正朝着能源密集型方向发展,其中供水、排水环节的碳排放强度增幅最大,2009—2021年分别增加了23.3%、78.6%;说明随着非常规水、跨流域调水规模的增加,未来水系统耗能及碳排放量将持续增加,实现碳中和目标挑战艰巨。研究建议,加强基础科学研究,构建社会水循环全过程碳核算体系;推动系统配置和低碳技术研发,整体提升减污降碳综合能力;激励全社会加强节水,实现水资源与能源的双重节约;完善水系统碳排放管理,实现社会水循环低碳发展。

云南省水资源-经济-社会-水生态协调度评价

为科学评价云南省2006～2016年水资源-经济-社会-水生态系统协调度水平,引入阴-阳对优化(YYPO)算法、投影寻踪(PP)和正态云模型(CM),构建了YYPO-PP-CM水资源-经济-社会-水生态协调度评价模型。从水资源、经济、社会、水生态系统中遴选出20个指标来构建水资源-经济-社会-水生态系统协调度评价指标体系和等级标准,采用云模型正向发生器来计算各分级评价指标隶属度;选取了8个标准测试函数对YYPO算法的优化性能进行仿真验证,并与粒子群优化(PSO)算法、布谷鸟搜索(CS)算法等4种传统优化算法的性能进行对比。基于PP基本原理,利用云南省2006～2016年水资源-经济-社会-水生态指标数据构造投影寻踪优化目标函数,通过YYPO-PP给出各评价指标权重,同时,根据隶属度矩阵和权重矩阵来计算水资源-经济-社会-水生态协调度评价的分级确定度,并进行评价分析,最后将评价结果与投影寻踪法、模糊评价法的结果进行比较。结果表明:①YYPO算法的寻优精度优于PSO、CS等传统优化算法,具有较好的开发、探索平衡能力和全局极值寻优能力。②YYPO-PP-CM模型将云南省2006～2007年水资源-经济-社会-水生态协调度评价为"极不协调",2008～2009年为"不协调",2010年为"基本协调",2011～2014年为"较协调",2015～2016年为"协调",表明近10 a来云南省水资源-经济-社会-水生态系统协调度水平持续提升。③评价结果与投影寻踪法、模糊评价法的评价结果基本一致。④YYPO-PP-CM模型兼具客观性、模糊性和随机性,既能客观确定评价指标权重,反映水资源-经济-社会-水生态协调度评价分级的定性概念,又能反映隶属程度的不确定性,具有良好的应用价值。

镇江市社会经济—水环境系统协调发展

根据城市水环境质量与社会经济发展的PSR(压力—状态—响应)框架,建立镇江市社会经济—水环境系统可持续发展模式的评价指标体系。构建了可持续发展模型,对镇江市1999～2004年水环境与社会经济发展的协调性进行分析。结果表明,镇江市社会经济—水环境发展的协调性和可持续发展潜力较好,但水环境质量略滞后于社会经济的发展。通过构建GM(1.1)灰色预测模型进行预测,表明如果能够在政策上保持有效的社会经济与水环境保护协调发展,镇江市社会经济—水环境可持续发展综合水平在2006～2010年将逐年增长。

区域水资源与经济社会耦合系统可持续发展的量化分析

通过对水资源-生态环境-经济社会耦合系统互动关系的分析和对该耦合系统可持续发展模式的探讨,利用模糊优选模型将多个评价指标转化为单一指标,采用模糊隶属度描述可持续度来衡量复杂水资源系统可持续发展水平的评价方法,并结合辽宁省水资源开发与利用的实际情况,研究区域水资源可持续利用与经济社会协调发展的关系。研究结果表明,目前辽宁水资源系统可持续发展水平相对较低(全省水资源系统的可持续度仅为0.2456),尚有较大的开发潜力和提升空间。研究成果可为辽宁省水资源可持续利用及其管理提供定量的决策依据。

低碳经济中的“碳锁定”问题与“碳解锁”治理体系

尽管我国一直致力于发展低碳经济,但是经济发展中的高碳化特征仍很明显,其主要原因在于我国已经逐渐出现"碳锁定"问题。"碳锁定"源自技术锁定、组织锁定、产业锁定、制度锁定、社会锁定等,且在经济全球化的过程中相互强化、共同演化,形成了具有超稳定性的碳基技术—经济—社会系统。打破"碳锁定",发展低碳经济的关键在于建立"碳解锁"治理体系。该体系应具备三个特征:一是多元主体参与,其中政府扮演着政策制定者、推动者、监督者和协调者的角色;二是系统性,即建立纵向政策和横向政策交错形成的政策网络;三是演化性,即通过选择性环境管理、战略缝隙管理和系统转型管理等推动宏观社会环境、碳基技术系统与缝隙创新的共同演化。

碳排放权交易中企业分配额的动态效应研究

市场化的碳减排机制被认为是实现全球低碳目标最有效的途径之一。针对我国碳排放权交易市场建立过程中配额分配的合理性问题与碳减排过程中经济发展-环境保护的矛盾性问题,本文构建包含自然-社会-经济多重系统的DSGE模型,分析比较不同碳配额分配比例下的碳排放权交易活动对中国经济和环境的影响。结果表明,碳排放权交易机制的引入使得棕色企业得到了技术改进,同时绿色企业显著改善了环境质量。其次,初始碳配额分配比例对系统产生显著影响,随着碳配额分配比例的降低,棕色企业技术冲击对中国短期经济的波动效果增强,而绿色企业技术冲击对中国经济的波动效果呈现逐渐减弱的趋势。通过调节碳排放权交易机制中碳配额的初始分配比例,实现经济发展与环境质量的动态优化,为处理好发展和减排的长短期目标关系、提高双碳目标与经济社会发展目标的优化能力、重塑自然-社会-经济多重系统提供了重要的理论参考。

规划环评中基于低碳经济理念的指标体系综合评价

本文研究规划环评在低碳建设中的应用。构建基于低碳理念的环评指标体系,探寻运用层次-灰色关联方法完善规划环评指导性建议的新思路。以广元市"十二五"国民经济和社会发展规划环评为例,运用指标体系综合评价方法判定"十二五"规划对该区域低碳可持续发展的导向性作用。通过对构建低碳产业体系、调整三产结构和优化能源结构三个低碳方案的指标综合评价结果排序,明确广元市在低碳建设过程中,优化能源结构工作促进地区可持续发展的效果将最为显著。

南水北调西线工程对黄河中上游地区的生态经济社会的预计效应

以南水北调西线工程为背景,以优化水土关系为基底,以协调人地关系为目标,针对变“水低地高”为“高水高用,洮水东用”用水方案,从生态安全、粮食安全、清洁能源、社会经济稳健发展等方面,对该方案下生态-经济-社会效应进行了分析。结果表明:黄河天然河道与人工自流河道相互配合,可改善黄河中上游区域的水土关系,在甘青宁蒙四省(区)交接区生发出一个山水林田湖草沙冰为一体的超过10万km2的生态经济功能区,为进一步巩固西北生态安全屏障、保障国家粮食安全、促进清洁能源开发利用和区域社会经济稳健发展提供水资源支撑,并对丝绸之路经济带起到“壮骨丰腰”作用。

不同煤电退役路径下CCUS技术的综合效益评估

碳捕集利用与封存(CCUS)技术对电力系统低碳转型至关重要,但CCUS在不同煤电退役速率下的综合效益尚不明晰。使用全球变化评估模型(GCAM)计及煤电退役速率设定3种共享社会经济路径–代表性浓度路径(SSPs-RCPs)耦合情景:SSP1-2.6(提前退煤情景)、SSP2-4.5(逐步退煤情景)、SSP5-6.0(缓慢退煤情景),基于技术学习曲线模型动态量化CCUS技术应用在电力系统低碳转型中的不同成效。结果显示:到2060年,3情景仍有5.0亿~6.5亿t的碳排放,因此需要提前部署空气捕集(DAC)负碳技术;SSP1-2.6经济代价最高,较SSP2-4.5和SSP5-6.0分别高13.54%和6.31%;总体来看,到2060年3情景CCUS将缓解21.79亿~38.24亿t水资源压力,减少6.85亿~9.25亿t的CO_(2),填补43.74万~191.33万因煤电退役而造成的就业缺口,但也将会增加6.39%~11.75%的能源消耗。

2001—2009年中国碳排放与碳足迹时空格局

碳排放引发的全球变暖给自然环境及人类社会都带来了显著影响,而碳足迹可以衡量自然生态系统对人类活动碳排放的响应。为研究自然-社会二元系统碳动态,基于MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)数据和统计资料计算2001—2009年中国陆地植被净初级生产力、能源消费碳排放、碳足迹和碳赤字;在GIS(Geographic Information System)技术支持下,运用空间自相关分析方法讨论其时空格局;据此划分生态经济区。结果表明:(1)2001—2009年全国植被净初级生产力(Net Primary Production,NPP)平均值为3.32 Pg C/a(1 Pg=1015g),呈西南地区>东南沿海>华中、华东地区>东北、华北地区>西北地区的空间格局;(2)2001—2009年全国能源消费碳排放逐年增加,年均增长率16.7%,多年平均值2.53 Pg C/a,呈东部>中部>西部的空间格局;(3)2001—2009年全国碳足迹逐年增加,年均增长率14.7%,多年平均值6.98×106km2;具有正碳赤字(即碳源)的省份为山西、环渤海地区各省、长三角地区各省、广东;相邻省份碳赤字的相对大小由于互相影响而改变;(4)全国分为中东部、南部、北部、西部四个生态经济大区。研究结果直观揭示了中国碳排放和碳足迹的时空动态,为实现自然-社会二元系统的可持续发展提供科学依据。

基于虚拟水和广义水资源的区域水资源可持续利用评价

以虚拟水为切入点,基于对区域虚拟水生产、消费与水资源之间的关系分析,建立了由经济压力指数和社会压力指数构成的区域水资源承载状态评价指标体系。以郑州市为实例进行研究,结果表明,在1998—2005年间,除2000年和2003年外,经济压力指数均小于1,对经济发展而言区域水资源处于超负荷利用状况;社会压力指数均大于1,对社会发展而言区域水资源处于供需平衡状况。结合水资源承载状态的判断标准及类型,郑州市水资源处于超载状况,超载原因主要是区域经济发展过热。水资源承载状态及趋势分析表明,郑州市水资源超载状态持续发展,从长远来看,区域水资源利用是不可持续的。针对郑州市水资源利用不可持续的特点,指出应通过产业结构升级和优化虚拟水生产结构,使郑州市区域水资源的压力状况逐渐改观。