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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于水-能源-粮食纽带关系的农业资源投入产出效率研究

为研究我国2010—2017年农业资源投入产出效率及时序演化特征,采用数据包络分析(DEA)方法,以中国内地31个省份为研究对象,基于农业生产中的水-能源-粮食纽带关系,构建了以农业用水量、能源产品使用量、排灌耗能量、能源产品生产用水量作为输入变量,以主要农产品生产总量、第一产业国内生产总值(第一产业GDP)为输出变量的评价指标体系。结果表明,我国有19个省份尚未达到DEA有效状态,大部分省份的农业资源投入产出效率有较大上升空间。研究表明,我国大部分省份(20个)的综合效率主要受纯技术效率的影响,其中最典型的宁夏、甘肃、新疆三个西北省份的纯技术效率明显落后,资源利用效率和管理水平有待提高。

能源与水资源的纽带关系研究——以鄂尔多斯市为例

能源和水资源存在相互依赖的纽带关系,文章利用水资源评估和规划工具(WEAP)与长期能源替代规划工具(LEAP)的连接定量地核算了两者的纽带关系。通过对现状情景、能源转型情景和节约用水情景下能源生产的水资源需求量分析,利用基尼系数和不平衡指数对能源生产的水资源需求量和水资源总量分布的匹配程度进行了分析。针对水资源供给过程中对能源的需求,从水资源在提取、输配和处理三个环节进行了核算和分析。基于以上单向关系分析,对二者之间的协同效应进行了分析。结果显示:在三种发展情景下,鄂尔多斯市的能源生产和水资源总量匹配程度较差且部分地区不平衡指数较高;2015年能源生产的水资源需求量占全市水资源供给量的10.54%,水资源对能源的需求量占能源消费量的3.35%。区域间能源用水强度和水资源用能强度存在差异,导致区域间节能和节水的协同效果不同。

“水-能源-粮食”纽带关系下区域绿色发展政策仿真研究

"水、能源、粮食"是人类生存和发展的物质基础,在各自独立的研究领域和两两资源的关联研究中取得了长足进步,但是将其作为一个系统进行的分析则少之又少。针对水、能源、粮食之间存在模糊的系统边界,彼此之间存在复杂的关联关系的问题,本文采用系统分析的方法,构建"水-能源-粮食-经济社会"PSR模型和SD模型,刻画信息流、物质流、政策流等在四个子系统之间传递与互动的过程。在此基础上提出WEF协同安全框架。以山东省为例,开展"水-能源-粮食"纽带关系下区域绿色发展政策仿真研究。研究表明:WEF之间存在纽带联系。在保持当前趋势下,2017-2020年,山东省会出现水和能源短缺的局面,粮食自给率大于1,水环境逐步改善。在调整粮食种植结构政策下,2017年水资源需求能够满足,2018-2020年水资源依然短缺。调整粮食种植结构对提高能源自给率影响不大,但有利于进一步改善粮食自给率,减少粮食种植对水环境的影响。在发展生物质能的政策下,水资源自给率、能源自给率、粮食自给率变化微弱,能源生产对水环境的影响明显改善。在同时调整粮食种植结构和发展生物质能的政策下,水资源自给率、能源自给率均比调整粮食种植结构有所增加,但幅度很小,对减少能源开采和粮食种植对水环境的效果明显。因此,山东省应基于WEF纽带关系制定相关资源管理政策。通过种植结构调整,提高水资源自给率。通过种植结构调整和发展生物质能减少农业面源污染和能源开采水体污染。从而改善地区的水生态环境,推动地区的水、能源、粮食的协同发展,促进地区经济社会绿色发展。

水—能源—粮食纽带关系概述及对我国的启示

近年来,国际社会十分关注"水—能源—粮食"之间的纽带关系。文章梳理了"纽带关系"这一概念的提出与发展,提炼了其核心内容,总结了国际社会对"纽带关系"概念的相关拓展及应用,并对我国相关领域政策制定提出了启示与建议。

非洲南部水资源与能源纽带关系分析

近期世界银行发布了一份名为《非洲南部能源-水纽带关系》的报告,介绍了非洲南部丰富的水资源以及能源蕴藏量,但是由于人口增长的压力、气候变化等因素的威胁,该地区的能源开发尤其是水电开发面临诸多挑战,通过分析非洲南部能源与水资源纽带关系,为利益相关者制定长期稳健的能源规划提供了一定依据。

“水-能源-粮食纽带关系”典型国家实践及启示

文章从水与能源、水与粮食之间的纽带关系出发,对美国、英国、以色列等典型国家的政策实践进行跟踪,研究提出对我国水、能源以及农业发展领域战略及政策制定的启示与建议。

水-能源-粮食纽带关系:地球科学的认知与解决方案

水-能源-粮食纽带关系正逐渐成为国际社会关注的重点议题。本文梳理了纽带关系的提出与发展,认为其发展经历了从"单一中心",向"双双关联",再到三者"纽带关系"的整合过程。并从地球科学的角度出发,分析了水-能源-粮食纽带关系在资源利用、空间分布和形成演化等方面的复杂性表现,指出认识和应对纽带关系在可持续发展中的紧迫性。本文在梳理纽带关系面临的核心问题和未来挑战的基础上,从资源调查、系统监测、大数据分析、科技创新、外部影响研究等几个方面系统总结了地球科学应对纽带关系的解决方案。

水-能源-粮食纽带关系耦合模拟模型及案例研究

水-能源-粮食纽带关系(Water-Energy-Food Nexus,WEF-Nexus)是可持续发展领域的新课题。为定量分析WEF-Nexus对区域水、能源、粮食的供应、需求、自给率产生的影响,在考虑资源纽带关系的基础上,基于生命周期理论和灰色预测方法构建了水-能源-粮食纽带关系耦合模拟模型。以江苏省为例,模拟其在不同情境下2017-2020年的资源供需、自给率及不同消费部门的满足度变化。结果表明:在保持当前趋势下,水资源自给率和粮食自给率暂时高于100%,但有下降趋势,能源自给率未达到90%;在调整能源生产结构和消费水平后,能源自给率和水资源自给率均有所提高;在调整粮食种植结构后,粮食自给率提高但用水量可能也会相应增加,不利于水资源自给率的提高。

水-能源-粮食纽带关系定量研究方法综述

在总结水-能源-粮食纽带关系研究中,使用频率较高或潜力较大的8种水-能源-粮食纽带关系定量研究方法为:水-能源-粮食纽带关系工具2.0(WEF Nexus Tool 2.0);生命周期评价(LCA);可计算的一般均衡模型(CGE);系统动力学模型(SD);气候、土地、能源与水资源策略(CLEWS);基于社会生态系统代谢的多尺度综合评价(MuSIASEM);市场配置/市场配置系统集成模型(MARKAL/TIMES)和水资源评价规划模型-长期能源替代规划系统(WEAP-LEAP)。通过总结各研究方法的产生、发展及特性,并引用案例讨论其适用范围,分析其优缺点和在使用时需要注意的问题。在此基础上,对未来水-能源-粮食纽带关系定量研究方法的发展趋势进行讨论,认为伴随可持续发展问题关注度的上升与水-能源-粮食纽带关系内在机理的挖掘,未来的水-能源-粮食纽带关系定量研究方法将更加注重量化的精确性和数据的互通以及跨学科研究和多方法的耦合。本文可为水-能源-粮食纽带关系定量研究方法的选择和更新优化提供参考。

水-能源-粮食纽带关系研究综述及前景展望

水资源、能源和粮食在人类生产生活中发挥着极其重要的作用,三者之间相互影响、相互作用,逐渐形成了一种极具敏感性和脆弱性的关联关系,即水-能源-粮食纽带关系(WEF-Nexus)。目前有关WEF-Nexus的研究已成为国内外众多学者研究的热点话题之一,本研究对当前国内外WEF-Nexus的相关研究内容进行综述,从而为未来其他学者开展WEF-Nexus研究提供参考和借鉴价值。通过文献调查法,综合分析国内外相关研究文献,从概念内涵、相关理论及模型方法3个维度总结归纳WEF-Nexus概念及理论方法研究进展。研究发现在概念界定方面,目前还未形成被广泛认可的说法;在相关理论方面,国内外学者主要采用系统论、方法论、协同论等不同理论方法研究WEF-Nexus;在模型方法方面,目前主要有针对纽带关系的专用模型和适用于纽带关系的通用模型,研究工具主要分为定性研究工具和定量研究工具。此外,基于协同、安全、风险及优化等视角梳理WEF-Nexus的相关研究进展,结果表明目前WEF-Nexus协同发展评价指标主观性较强,WEF安全纽带关系研究主要集中在安全评价方面,有关安全管控等方面的研究稍欠缺,WEF-Nexus风险诊断及预警研究仍处于空白阶段。由于WEF耦合系统的复杂性,构建WEF系统优化模型具有一定的难度,且现有文献多以研究区域或流域WEF系统的优化为主,鲜有城市或家庭层面的优化研究,因此,提出未来WEF-Nexus研究的发展方向,即绿色发展下WEF-Nexus协同发展理论研究、WEF-Nexus互馈及演化机理、基于大数据技术的WEF综合决策分析平台以及重大突发事件下WEF-Nexus风险诊断预警等是未来WEF-Nexus的研究重点。

水–能源–粮食纽带(WEF-Nexus)关系:生态文明建设新视角

水、能源、粮食是人类生存发展的三项基本要素,二十一世纪以来,逐渐成为各国研究热点。在全球气候变化、生态环境恶化背景下,三者形成相互影响、深度耦合的具有敏感性、脆弱性特征的纽带关系。本文从“纽带关系”理论的形成与深化入手,结合研究方法的演变,引入“耦合魔方”理论,为我国构建以水–能源–粮食纽带(WEF-Nexus)关系安全协同框架为基础的“三位一体”的生态安全格局,为基于可持续发展理念的人类命运共同体建设与生态文明建设提供建议。

我国现状能源与水纽带关系定量识别

以省级行政区为研究对象,以2017年为研究时段,分析我国社会水循环过程耗能及电力生产耗水。结果显示:2017年我国社会水循环过程耗电总量为10828.1亿kW·h,占当年我国全社会用电总量的17.2%,终端用水是最大的耗能环节;2017年我国电力生产过程耗水量为65.7亿m^3,占当年全社会耗水总量的2%;火电是我国最耗水的电源,其耗水量占全国电力开发耗水总量的78%。基于计算结果,提出了实现能源-水协同安全的相关建议。

基于用水总量的水-能源-粮食关系解析

随着社会经济的发展和人口的增加,我国能源和粮食需求持续增加,水资源短缺对其制约日益显现。为更深入地研究水资源、能源和粮食之间的关系,采用31个省、自治区、直辖市的实测统计并与定额推算相结合的方法,对能源开发利用和粮食生产种植的用水总量和过程进行分析。结果表明:2015年,煤炭开采洗选、火电行业、煤化工行业中的合成氨、炼焦行业的用水量分别占煤炭全生命周期用水量的2.9%~4.4%、90.4%~94.8%、1.5%~2.6%、0.8%~2.7%,煤炭全生命周期用水量合计达506.7亿~531.5亿m^3,占工业用水总量的38.0%~39.8%;农田灌溉用水量占农业用水总量的87.7%,实际亩均灌溉用水量394m^3,单位粮食产量的用水量为543.3m^3。研究成果可为水、能源、粮食之间的关系提供参考。

水-能源-粮食纽带系统研究脉络梳理与分析

为探索水-能源-粮食纽带系统的研究势态,基于价值空间分类框架梳理了水-能源-粮食纽带系统的研究进展和发展脉络。应用CiteSpace可视化软件分析文献特征,并采用Apriori算法对文献中应用的指标与方法进行关联度分析。结果表明:水-能源-粮食纽带系统的研究目前处于初级阶段,概念框架研究不断完善,在深入探究纽带系统定义的同时补充新要素构建新概念框架,并通过构建关系模型或定量模拟模型等从定性和定量角度分析了水、能源、粮食三者之间的关联关系。2015-2020年水-能源-粮食纽带系统的发文量迅速增长,研究出现热潮;美国、英国和中国等国家起主导作用,发文量前五的机构中,来自中国的机构有北京师范大学和中国科学院,且与全球其他机构合作较多。概念框架、纽带关系、土地利用、资源消耗、生命周期评估、可持续发展、安全、管理、气候变化和政策整合等分别是不同时期的主要研究焦点。