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。

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。

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。

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。

“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。

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。

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。

基于网络DEA及SNA模型的中国水资源-能源-粮食纽带系统效率研究

通过对水资源-能源-粮食(WEF)纽带系统效率的研究,对提高区域资源综合利用效率、促进区域资源-经济-社会的可持续发展具有重要意义。本文构建了WEF纽带系统效率评价指标体系,并采用网络DEA模型对1997—2019年中国30个省级行政区的WEF纽带系统效率进行测度,同时利用格兰杰因果检验方法对各省份WEF纽带系统效率间的“关系”进行判定,在此基础上,引入社会网络分析(Social Network Analysis,SNA)方法,对中国WEF纽带系统效率的网络结构特征进行相关分析。结果表明:①中国省际WEF纽带系统效率整体呈上升趋势,由研究初期的低效率水平提升至研究末期的中等效率水平,空间分布上,中国WEF纽带系统效率呈现自东向西、从沿海向内陆逐渐递减的变化趋势,空间非均衡性特征较为显著。②中国省际WEF纽带系统效率的网络结构特征具有复杂性的特征,研究对象均被包含于网络结构之中,与此同时,网络整体结构具有较好的稳定性和连通性;此外,网络个体结构特征分析表明,溢出关系较多的地区多集中于中国东部,而且在网络中多位于中心位置,而净受益地区多为中国的中部和西部地区。③块模型分析显示,“净溢出”板块由广东、上海等10个省份构成,“双向溢出”板块由江西、河南、河北等6个省份构成,“净受益”板块由广西、甘肃等8个省份构成,“中介人”板块由四川、陕西等6个省份构成,其中“净溢出”板块与“双向溢出”板块在网络结构中均起到“引领”作用,而“净溢出”板块在中国WEF纽带系统效率提升中扮演了“发动机”的角色,多集中于中国东部地区,“净受益”板块多集中于中国中西部地区,在网络中处于边缘位置,“中介人”板块则在网络结构中起到了“中介”和“桥梁”的作用。

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。

黄河流域水资源-能源-粮食系统生态可持续发展能力评价

为综合评价黄河流域水资源-能源-粮食系统生态可持续发展能力,基于能值分析理论与方法,并结合熵值法,构建了黄河流域水资源-能源-粮食系统生态可持续发展能力评价指标体系,综合评价了该系统2008—2018年的生态可持续发展能力。结果表明:(1)从黄河流域整体视角来看,2008—2018年该系统属于资源消耗型经济发展模式,经济快速发展的同时对当地生态环境产生了很大压力,系统长期处于高环境负荷状态,造成系统生态可持续发展能力不断减弱。(2)从黄河流域各省(区)视角来看,流域下游生态环境压力日益加重,生态可持续发展能力较弱,应加大对可更新资源的开发力度,减小对不可更新资源的依赖;上游省(区)环境压力相对较小,生态可持续发展能力较强,应加强基础设施建设,促进经济发展。(3)黄河流域各省(区)水资源-能源-粮食系统均衡性在时间和空间上呈现明显的差异性,系统的生态可持续发展能力不断减弱。

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。

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。

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。

基于“水-能源-粮食”纽带的生态系统服务供需关系时空分布研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

生态系统服务供需平衡是区域可持续发展的重要环节,也是有效反映区域社会经济与自然是否能够协调发展的重要表征。以长三角生态绿色一体化发展示范区为例,以“水-能源-粮食”纽带为切入点,基于InVEST模型、CASA模型和Thornthwaite Memoriai模型,测度了示范区2000、2005、2010、2015及2020年产水、固碳、粮食生产服务的供需量,引入基尼系数、供需指数和相关系数,刻画区域生态系统服务供给和需求的空间特征,结果表明:(1)2000—2020年,除粮食生产服务供给量波动下降以外,产水和固碳的供给量均呈波动上升趋势。在需求量方面,三种生态系统服务均呈上升趋势;(2)空间上,产水和粮食服务供给量主要呈“东南、西南高”的特征,固碳供给量高值则集中于吴江区桃源镇,各项生态系统服务需求高值区主要以人口密度较大乡镇为中心呈环状分布;(3)示范区内各生态系统服务空间上呈均衡分布状态,各类生态系统服务供需指数均呈下降趋势;(4)在供给方面,产水-粮食生产呈现显著的协同关系,产水-固碳、固碳-粮食生产的权衡/协同关系不显著;在需求方面,三种生态系统服务呈现出两两协同关系。本研究探索示范区生态系统服务供需关系的时空分布,有利于构建区域生态安全格局,可为长三角地区生态系统服务供需研究提供借鉴。

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。

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。

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。