基于投影寻踪模型的水-能源-粮食-人口系统安全评价

河北省作为京津冀城市圈中不可或缺的一部分,其水、能源、粮食、人口等资源安全稳定对于整个区域经济和社会的发展尤为重要。为了深入了解河北省水-能源-粮食-人口系统的安全状况,将人口因素纳入水-能源-粮食系统进行分析,构建水-能源-粮食-人口系统的安全评价指标体系,运用基于麻雀算法改进的投影寻踪模型对河北省2010—2019年水-能源-粮食-人口系统安全进行时空演变综合评价。结果表明:在研究期,河北省水-能源-粮食-人口系统安全等级逐渐升高,各市的水-能源-粮食-人口系统安全差异性降低;河北省各市水-能源-粮食-人口系统安全等级值在1.32~3.95之间,说明该系统安全处于不安全、亚安全、安全3个等级。建议河北省根据自身资源优势,合理分配资源,实现水、能源、粮食和人口的协调发展。

黄河流域水-能源-粮食关联系统协同安全时空特征及驱动因素

水、能源、粮食是实现黄河流域国家战略的关键要素与有力支撑。在分析水-能源-粮食关联系统协同安全机理的基础上构建协同安全度评价指标体系,基于2000-2019年黄河流域85个地级市面板数据,采用改进的耦合协调度模型测度水-能源-粮食关联系统的协同安全度,利用核密度函数、空间计量模型探讨其时空特征及影响因素。结果表明:①2000-2019年黄河流域水-能源-粮食关联系统综合安全水平总体表现为上升态势,空间上整体呈现从东向西递减的态势;②研究期内黄河流域水-能源-粮食关联系统协同安全度的空间差异变化较明显,空间格局由研究初期“下游>上游>中游”向研究末期“下游>中游>上游”演变;③社会发展水平、教育状况、创新投入水平和投资水平对协同安全度产生正向影响,经济运行水平、贸易水平和环境污染程度则产生负向影响。

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。

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。

我国东北生态系统服务供需匹配关系——基于水-能源-粮食纽带视角

水、能源和粮食是人类生存发展的必要基础物资,其供给均主要源于生态系统。随着全球气候变化和人类社会经济快速发展,基础资源需求量激增,生态系统服务供需关系趋于紧张。厘清生态系统服务供需匹配关系、优化基础资源配置对生态系统可持续、协调发展具有重要意义。当前生态系统供需关系研究已较为广泛,但基于水-能源-粮食纽带的生态系统服务研究还相对较为缺乏。因此,以东北地区为例,基于水-能源-粮食关系视角,首先,借助InVEST模型、供需指数(SDI)、Spearman相关性分析等方法分析了产水(WY)、固碳(CS)和粮食(FP)供需服务时空格局、相关性和空间匹配模式;其次,基于省级、市级、县级、流域、格网5种不同空间尺度,进一步探究了各服务的空间尺度效应,并确定资源管理的最优空间尺度;最后依据“分区控制-分类策略-分级治理”理念提出了一种水-能源-粮食集成管理方案和政策建议。研究结果表明:(1)2000—2020年,东北地区的供给服务中WY和FP为上升态势、CS为下降态势,就空间分布来看,WY和CS大致为“东高西低”,FP则是“西南、东北高,西北、东南低”;需求服务中WY、CS和FP均为上升态势,空间上大致呈“中间高四周低”分布。(2)WY和FP的SDI上升,CS则相反;不同尺度下的SDI具有空间异质性,县域尺度最为显著。(3)FP为主要功能分区,重点管控为主要分类,亟待全面提升生态系统服务供给能力。本研究对区域基础资源合理配置和可持续的生态系统管理具有重要科学参考价值和现实意义,同时对东北地区生态系统供需服务匹配以及水-能源-粮食纽带协同发展具有重要意义。

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。

广东省水资源-能源-粮食网络特征分析

广东省人口和产业高度集聚,对水资源-能源-粮食(WEF)依赖程度高,资源供需矛盾日益凸显,合理配置WEF资源,实现资源可持续利用具有重要现实意义.本研究基于复杂网络方法,构建广东省2007、2012、2017年的WEF资源网络模型,通过探索网络拓扑性质,挖掘网络关键节点和关键路径,作为资源优化配置的重点关注对象.结果表明:1)广东省WEF资源网络具备小世界属性,能源网络的小世界属性较强,水资源网络较弱,关键节点和关键边的调控均会对WEF资源网络形成较大影响;2)农业(农林牧渔产品和服务),食品和烟草,化学产品,电力、热力的生产和供应,建筑,通信设备、计算机和其他电子设备制造等关键节点具备较大点强度,其资源调控对广东省水资源、能源、粮食的节约效应显著;3)电气机械和器材制造,建筑,通信设备、计算机和其他电子设备制造在WEF资源网络中处于枢纽位置,其资源节约效应可快速传递至整个网络;4)农业→食品和烟草、农业→纺织品、食品和烟草→住宿和餐饮等边频繁出现于WEF资源网络的关键路径之中,改变其资源流通量,可显著改变所在关键路径甚至整个WEF资源网络的流通量.

长江流域水-能源-粮食-森林系统耦合协调发展研究

研究长江流域水-能源-粮食-森林(WEFF)系统耦合机理及协调发展时空演变,有助于实现长江流域高质量发展,以便更好地支撑和服务中国式现代化。本文在阐述WEFF系统耦合协调发展机理的基础上,运用综合评价指数模型、耦合协调度模型及全局空间自相关分析测度2003—2021年长江流域WEFF系统综合评价指数、耦合度及耦合协调度,并分析其时空特征,进一步利用灰色预测GM(1,1)模型预测了未来5年发展情况。本文主要结果如下:1)时序变化上,耦合阶段均处于磨合阶段,耦合协调类型从濒临失调转为勉强协调。2)空间差异上,除上海和青海外,各省(直辖市)耦合度均处于磨合阶段,耦合协调度大部分处于濒临失调、勉强协调和初级协调类型;多数年份耦合协调空间集聚状态明显,但空间分布格局缺乏稳定。3)发展模拟上看,基本延续了目前的耦合协调发展变化趋势,但各省(直辖市)发展情况各异。基于以上,统筹推进经济社会发展和生态环境保护、建立跨区域综合协商机制和健全跨部门沟通协商机制有助于保障流域资源安全、维护生态平衡、实现区域可持续发展,进一步推动长江流域高质量发展。

都江堰灌区水-能源-粮食系统耦合协调分析

水资源、能源、粮食是人类社会发展的基本资源,三者之间相互关联,开展水-能源-粮食纽带系统的协调发展研究对保障水安全、粮食安全和能源安全具有重要意义。都江堰灌区是四川省主要的商品粮基地,对保障四川省粮食供给至关重要。为此,以都江堰灌区为研究区域,构建水-能源-粮食纽带系统的综合评价指标体系,引入熵权TOPSIS法确定各指标的权重并评价水-能源-粮食纽带系统的综合发展水平,测算出灌区2009—2021年水-能源-粮食纽带系统的耦合协调度,并分析其时间演变特征。随后构建灰色模型GM(1,1)预测水-能源-粮食纽带系统2022—2030年的耦合协调度的发展趋势。研究结果显示:2009—2021年,都江堰灌区水-能源-粮食纽带系统的综合发展水平处于中等水平,呈上升发展趋势;灌区水-能源-粮食纽带系统的耦合度均值为0.961,属高水平耦合,耦合协调度均值为0.663,多数年份处于中度协调阶段;2022—2030年,都江堰灌区水-能源-粮食纽带系统的耦合协调度将上升至0.893,进入高度协调阶段。本研究结果可为都江堰灌区农业可持续发展提供理论指导,并为类似区域的相关分析提供方法参考。

贸易视角下广东省水能源粮食流通与资源间压力互馈研究

基于多尺度投入产出法,核算了广东省各部门水资源能源粮食要素的资源强度,对贸易视角下水资源、能源、粮食3类资源的压力互馈情况进行量化分析。结果表明:2007—2017年,广东省区域经济系统各部门的水资源能源粮食资源强度逐年下降,利用效率逐步提升,水、粮食强度值较高的部门集中于水的生产和供应业、农业等资源密集型部门,能源强度值则以矿业、电力及燃气的生产和供应业较高;各部门吸纳了大量的水资源能源粮食资源净流入广东省经济系统,且主要由制造业进入,城镇居民消费和省外调出是水资源能源粮食的主要最终消费途径;广东省本地资源使用压力因水资源能源粮食资源贸易流通而得到显著改善,能源贸易缓解了本地84.33%的能源使用压力,粮食贸易缓解了本地40.13%的粮食使用压力,粮食贸易对水资源压力的缓解作用达能源贸易的5倍。

干旱绿洲区水-能源-粮食耦合协调性研究:以新疆为例

水-能源-粮食系统的协调发展,对于提高区域资源利用率,促进区域可持续发展具有重要意义。研究运用耦合协调度模型测算2000—2020年新疆水-能源-粮食的耦合协调度。结果表明:新疆水-能源-粮食各子系统以及综合评价指数水平较低,总体呈上升趋势;新疆水-能源-粮食已达到高水平耦合,但耦合协调度水平还处于初级耦合协调阶段,今后应从政策制定实施、提高能源利用率和保护生态环境等方面加以改进,以促进新疆水-能源-粮食耦合协调发展。

中国家庭资源消费的二氧化碳反弹效应研究——基于“水-能源-粮食”系统视角

二氧化碳反弹效应是造成碳排放效率改进与碳排放量增长“相伴而行”的深层原因。为了进一步释放我国家庭资源消费的节能减排潜力,本文在探究家庭“水-能源-粮食”系统二氧化碳反弹效应(CRE)产生机制的基础上,首先利用IPCC碳排放系数法分别核算2015—2020年我国30个省份(自治区、直辖市)家庭用水消费、家庭能源消费、家庭粮食消费的二氧化碳排放量,然后再运用可变系数面板数据模型估算家庭“水-能源-粮食”系统的二氧化碳反弹效应,并且还分析了影响二氧化碳反弹效应的主要因素。研究结果表明:1)2015—2020年我国家庭“水-能源-粮食”系统的二氧化碳排放量在30个省份之间呈现出了异质性特征。具体而言,2015—2020年我国各省份家庭用水消费的二氧化碳排放量整体变化比较平稳,基本处于稳定状态;家庭能源消费的二氧化碳排放量整体呈现出了上升趋势;家庭粮食消费的二氧化碳排放量在大多省份呈现出了持平状态或者下降趋势。2)2015—2020年我国各省份家庭“水-能源-粮食”系统的二氧化碳反弹效应类型有回火效应、部分反弹效应、超级节能效应3种,其中家庭用水消费的二氧化碳反弹效应的主要类型为部分反弹效应和超级节能效应,家庭能源消费的二氧化碳反弹效应的主要类型为部分反弹效应,家庭粮食消费的二氧化碳反弹效应的主要类型为超级节能效应。3)家庭人均可支配收入和家庭规模是影响我国各省份家庭“水-能源-粮食”系统二氧化碳反弹效应的主要因素。我国各省份家庭人均可支配收入水平与家庭用水消费二氧化碳反弹效应的变化趋势较为一致,而家庭规模则与家庭能源消费二氧化碳反弹效应的变化趋势比较一致。

中国水-能源-粮食-生态系统协调发展时空格局及驱动因素研究

我国水资源、能源和粮食消费总量均居世界首位,且呈持续增长态势,生态系统压力较大,如何实现水-能源-粮食-生态系统之间的协调发展是未来社会发展的重要议题。通过构建水-能源-粮食-生态系统综合评价体系,利用耦合协调度模型、空间自相关、重心和标准差椭圆与地理探测器等方法,探究2006—2021年30个省份耦合协调度时空特征、演变格局与驱动因素。结果显示:第一,各省份水-能源-粮食-生态系统综合发展水平呈平稳上升趋势,但区域发展不均衡,中部地区发展水平最高;第二,水-能源-粮食-生态系统耦合协调度逐年提升,但仍处于较低水平,耦合协调度向高值集聚,省际差距缩小;第三,水-能源-粮食-生态系统耦合协调度存在空间正相关效应,高值和低值集聚极化效应显著,耦合协调度重心在河南,且逐渐向西南方向转移,东部重心向南迁移,分散态势增强,中部重心向西北迁移,集聚态势凸显,西部重心向西北方向迁移,集聚明显,极化效应突出;第四,城市化水平、产业结构和固定资产投资对系统耦合协调度发展的解释作用增强,影响因子交互作用大于因子独立作用。

黄河上中游地区水‒粮食‒能源协同发展战略研究

黄河上中游地区是我国水资源、粮食、能源矛盾最为突出的区域之一,系统识别水‒粮食‒能源安全形势并提出应对措施,是该地区实现高质量发展的重要保障。本文在科学认识水‒粮食‒能源纽带关系基本内涵的基础上,研判了地区水资源、粮食、能源发展的新形势,剖析了水‒粮食‒能源协同发展面临的机遇和挑战,针对黄河流域生态保护和高质量发展目标,提出了新发展理念下水‒粮食‒能源协同安全的“四化一创”保障战略框架。研究建议,重视水资源在纽带关系中的核心作用,实现水资源支撑作用最大化;将能源作为区域高质量发展的战略性支柱产业,实现能源对经济社会发展带动作用最大化;强化农业用水支撑,实现粮食安全保障作用最大化;加强水资源保护,实现粮食、能源对水资源与生态环境干扰的最小化;加强基础科技研究,发展水‒粮食‒能源安全保障技术。

中国城市“水-能源-粮食”纽带系统耦合协调度及其影响因素研究

本文利用2010~2021年中国281个地级市数据,对中国城市“水-能源-粮食”纽带系统耦合协调度进行评价,探究其时空特征以及影响因素。研究发现:中国城市WEF系统安全呈现出上升趋势,子系统中粮食安全滞留在较低水平。全国城市WEF系统耦合协调度有所提升,但多数城市处于初级协调状态,并呈现出较为明显的空间集聚和极化特征,高值集聚主要分布在长江中游综合经济区,低值集聚主要位于大西北和黄河中游综合经济区。在“新四化”变量中,信息化和产业结构高级化对本地和邻近城市WEF系统耦合协调度有显著促进作用,产业结构合理化的影响呈现出非线性特点,城镇化可能产生负面影响但并不显著。

供需双侧调控下水稻灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化研究

对于水资源主要消耗用户和粮食重要生产基地的大型灌区,进行供需双侧调控是缓解灌区水资源供需矛盾、提高区域高质量可持续发展的重要途径之一。为了揭示灌区水-能源-粮食复杂的协调关系,针对性地开展系统优化调控。首先基于系统评价理论构建大型灌区水-能源-粮食系统耦合协调度评价模型,再基于灌区水资源系统模拟模型,以灌区水-能源-粮食耦合协调度最大为目标,以灌区主要作物水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限制供水比例作为优化调控变量,结合加速遗传算法,开展基于水资源供需双侧优化调控的灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化调控研究。杭埠河灌区应用结果显示:优化调控确定的灌区水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限供比例,相较于灌区运行现状能提高水-能源-粮食系统耦合协调水平,双季稻种植面积一定程度恢复使粮食产量明显提高,优化的水库旱限水位及水稻需水关键期水库限供比例,可在提升灌区干旱年份水资源利用效率的同时,较好地降低粮食作物因旱减产损失。可见,开展灌区供需双侧优化调控能显著提高灌区水-能源-粮食系统耦合协调性和适配性,可为提高水资源利用效率、布局主要粮食作物生产以及落实灌区水利高质量发展实施途径提供参考。

山西省水-能源-粮食纽带系统效率研究

水、能源和粮食是人类生存和发展最重要的战略基础资源,如何保持水、能源、粮食的协调发展是经济社会可持续发展需要解决的关键问题。基于超效率网络DEA模型构建了水-能源-粮食纽带系统指标体系,对山西省2003—2018年水-能源-粮食纽带效率进行了测度,从时空角度分析了其变化特征,并利用社会网络分析模型对山西省各地区水-能源-粮食纽带效率的网络关联结构特征进行了研究。研究发现:①山西省水-能源-粮食各子系统及纽带系统效率处于较低水平并呈波动状态;山西省水-能源-粮食纽带效率值表现出明显的空间差异,水-能源-粮食纽带效率高值区域多集中于省内能源型城市;山西省能源子系统对水-能源-粮食纽带系统发挥着更为重要的作用。②山西省水-能源-粮食纽带效率空间关联呈网络结构形态,各地区均处于网络之中,不存在“孤岛”现象,网络的连通性较好。③“净溢出”板块与“双向溢出”板块主要集中在能源禀赋条件优越的地区,且“净溢出”板块的表现更为明显,其在山西省水-能源-粮食纽带效率空间关联网络中扮演着“发动机”的角色;“净受益”板块主要集中在经济发展水平高的地区;“经纪人”板块的水-能源-粮食纽带效率较低,在网络中处在边缘地位。

长江经济带水-能源-粮食产业关联与波及效应

基于2002—2017年长江经济带各省(直辖市)水、能源、粮食相关数据,将3种资源与产业相关联,通过投入产出法描述3种产业部门在研究期内生产中原材料投入来源和产出品使用方向,构建长江经济带水-能源-粮食(Water-Energy-Food,WEF)产业投入产出模型,并结合结构分析法,对产业间关联效应及对地区经济的波及影响进行研究。结果表明:水生产与供应业对WEF产业前、后向关联度均波动下降,对地区经济的影响力系数降低至1以下,感应度系数增长0.5,增幅高达44.2%,拉动作用趋于弱化而感应水平显著提升,其需求结构向中间产品型基础产业转变。能源产业对WEF产业有较强的推动和制约作用,容易受经济波动影响,作为具有低附加值、高带动性特征的中间产品型产业,2007年后其影响力系数稳定在1.2,感应度系数减少10%,缺乏持续发展后劲。粮食产业与自身关联紧密,与其他产业的直接联系较弱,2017年其中间需求率和投入率仅有0.5544和0.3862,对地区经济的推动和拉动作用均不突出,属于带有迟钝关联特性的中间产品型基础产业,总体发展状态相对稳定。从经济角度对不同发展阶段WEF产业的结构特征和关联、波及效应的演变情况进行分析,为支撑和保障长江经济带高质量发展以及WEF产业可持续发展提供决策参考。

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。