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。

“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。

城市食物-能源-水资源系统关联性研究:以北京市为例

食物、能源和水资源是人类生存和发展不可或缺、不可替代的基础性资源,三者之间存在错综复杂的关联关系。城市是社会经济与资源消耗的集聚地,也是食物、能源和水资源供需矛盾冲突最为激烈的区域,食物安全、化石能源枯竭和淡水资源短缺等全球性问题已成为未来城市可持续发展面临的最大挑战。系统分析与模拟城市食物-能源-水资源的供给、需求及其关联关系,对保障城市资源供给安全、推动资源系统管理具有重要的实践意义。文章基于Stella建模平台,构建了区域关联和要素关联耦合作用下城市食物、能源与水资源供需的动态模型,以北京市为例,定量模拟了2016—2035年食物-能源-水资源系统的动态变化及其关联特征。结果表明:①2035年,北京城市居民粮食需求量预计约216万t,肉类83万t,总能源需求量约9165万tce,总需水量约46亿m3,而由本地独立生产和供给的资源量仅分别为21万t、23万t、1650万tce和33亿m3,本地供需缺口都呈现增大趋势,必须依赖外部地区的资源投入满足本地需求。②食物-能源-水资源要素之间相互作用的绝对量增加且生产“外包”特征明显,本地食物-能源-水资源关联关系向运输、处理等供应链后端环节偏移。③要素关联关系上,食物与水资源的耦合作用最强,能源和食物的关联程度明显增大,水资源和能源的关联程度较稳定。区域关联关系上,食物-能源-水资源系统区域间关联性增强。④城市资源的系统管理需要综合考虑食物-能源-水资源供需过程中的多重权衡关系,建立多区域、多要素一体化的资源协同管理机制。

能-水关联及我国能源和水资源政策法律的完善

能源和水资源是关系国家经济社会可持续发展的重要战略性资源,指出二者之间客观存在的关联互动要求能源和水资源政策法律必须尊重这一客观规律,并致力于实现两种资源管理之间的协同运行;基于能-水关联及其对能源和水资源政策法律影响的讨论,结合美国能-水关联领域立法实践及其经验教训,对中国能-水关联状况进行了分析,对进一步完善中国能源和水资源政策法律提出了具体的建议:以能-水关联规律为指导整合能源和水资源管理政策法律,建立能源和水资源管理间协调机制,加强能-水关联规律的数据收集和基础科学研究。

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。

城市食物-能源-水关联关系:概念框架与研究展望

食物、能源和水(Food, Energy and Water, FEW)是人类生存与发展不可或缺的基础性资源,且三者之间存在密切的关联关系(Nexus),即其中任何一项资源的生产与供给均依赖于另外两项资源。FEW关联关系作为应对全球人口增长、资源短缺和生态环境恶化等问题的系统性管理理念,已引起国际学术界与实践管理领域的广泛关注。然而,目前对FEW关联关系仍然缺乏统一和清晰的界定,现有研究大多是基于不同角度理解与量化"关联关系"。城市作为全球资源消费的主阵地,其FEW关联关系更为复杂,亟待建立针对城市生态系统的概念框架。对FEW关联关系的发展历程、概念表述以及研究方法等方面进行全面回顾和系统分析。在此基础上,从"资源依存"、"资源供给"和"系统集成"等3个视角构建了城市FEW关联关系的概念框架,并进一步阐述FEW关联关系未来研究的重点方向——"系统性表征"、"时空演化"与"协同管理",为城市优化资源配置,实现集成管理提供一种新思路和定量化的参考依据。

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。

中国能源-水资源的空间格局与重心演变

能源和水资源作为推动社会经济发展的重要因素,二者之间存在密切联系,其相互作用产生的冲突是中国可持续发展道路上亟待解决的问题.以中国30个省(市、自治区)为研究对象,应用GIS技术及重心分析法对2005-2016年能源和水资源丰度、能源和水资源强度、能源生产量和能源耗水量的空间分布特征及重心动态演变进行系统分析.结果表明:①能源资源丰度与水资源丰度呈现南北两极分化格局,二者重心移动方向相反,分布上的差异逐渐增加;②能源强度和水资源强度在东部沿海地区及新疆存在相似性,两者重心有相互靠近的趋势,分布上的差异逐渐减小,经济发展中的能源成本和水资源成本存在正向联系;③能源生产量和能源耗水量空间分布差异较小,二者高值区均集中在黄河中游地区,且重心距离较小,但在重心的移动速度上能源生产量远大于能源耗水量,能源生产、加工过程中耗水量和生产量之间仍存在发展速度不协调问题.

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.

基于MRIO和ENA的中国省区能源-水资源耦合关系研究

能源和水资源在经济活动中密切相关。分析区域间的能源和水资源流动,并量化它们之间的相互依赖关系,能够促进两种资源的协同管理。利用2012年区域间投入-产出表和生态网络分析方法,构建了中国30个地区的能源-水资源耦合网络核算框架。框架分析结果表明:①中国30个地区的能源最终消费量为40.62亿吨标准煤当量(tce)(不含中间消费),水资源最终消费量为4937.78亿m3,无论从生产还是消费的角度来看,山东和江苏的能源和水资源消费量均较大。②从混合水资源和混合能源流动情况来看,水资源输出量较大的地区为新疆和黑龙江,能源输出量较大的地区为内蒙古和山西;混合水资源和混合能源输入量较大的地区多为经济规模较大的地区,如山东、江苏、广东等。③水资源网络和能源网络的循环率都小于10%;系统鲁棒性都向冗余度高的一侧倾斜,此时效率偏低;耦合网络中,浙江对大多数地区的依赖程度较大。分析各地区水资源和能源消费情况以及转移路径,能够为解决能源和水资源可持续利用和管理提供理论支持。

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。

中国省域水资源承载力评价:基于支持-压力耦合机制

文章综合考虑水资源的供给、利用、管理以及污染情况,采用灰色关联熵法客观赋予水资源承载力评价指标权重,构造支持指数和压力指数并通过支持-压力耦合机制测度水资源承载力,最后运用障碍度模型从支持角度识别水资源承载力的障碍因素。考察了2010—2020年中国30个省份水资源承载力的时空演变,对水资源承载力状态进行区域划分,综合评价中国省域水资源承载力状况。研究发现:(1)中国水资源空间分布不均,水资源承载力区域WRCC状态划分结果差异较大。北京、天津、黑龙江、上海、江苏、青海和宁夏的水资源承载力都处于超负荷状态,河北、山西、内蒙古、河南、海南以及新疆的水资源承载力非常接近警告线,其余省份的水资源承载力存在过剩。(2)总体而言,考察期内30个省份的平均水资源承载力指数为“V”型变化,呈现先下降后上升趋势;平均支持指数为“V”型变化,但呈下降趋势;平均压力指数为“倒V”型变化,呈现先上升后下降趋势,但平均压力指数的变化大于平均支持指数。(3)地下水供水总量、地下水资源量/水资源总量以及供水总量/常住人口数量是限制水资源承载力提升最主要的障碍因素。

区域水资源-能源-粮食系统耦合协调演化特征研究

水资源、能源和粮食是生产生活的基本要素。将3者视为一个相互依赖的系统,水资源-能源-粮食系统的耦合协调发展是区域可持续发展的重要基础。以辽宁省为研究对象,通过构建耦合协调度评价指标体系,采用熵值法赋权并引入耦合协调度模型及计算方法,对2006-2015年水资源-能源-粮食系统的耦合协调关系及其时序演化特征进行了实证分析。研究结果表明:辽宁省2006-2015年水资源-能源-粮食系统的整体协调发展能力在波动中不断增长,耦合协调度大致经历了过渡、基本协调2个发展阶段和勉强协调、初级协调、中级协调3个发展类型,且持续提升的趋势非常明显,但尚未跨入高度协调发展阶段,还有很大的提升空间。

2000-2016年甘肃省水资源-能源-粮食耦合协调特征研究

以甘肃省为研究对象,构建水-能源-粮食(W-E-F)系统的评价指标,运用耦合协调模型对甘肃省2000-2016年W-E-F系统的时空变化特征进行研究。结果表明:甘肃省W-E-F系统的综合评价指数整体呈现显"N"型变化趋势,水资源系统评价指数的发展趋势变化幅度较大,对W-E-F的综合评价指数的贡献最大;甘肃省W-E-F系统耦合度处于0.21~0.32,变化波动幅度较小且基本上保持平稳状态,处于低水平耦合阶段和颉颃阶段,耦合协调度处于0.27~0.42,其耦合协调类型大多为失调衰退型,耦合度和耦合协调度存在区域差异;不同因素在不同区域对W-E-F系统影响的方向和程度不同,其中常住人口、人均耕地面积、有效灌溉面积与W-E-F协调度的变化是同向,城镇化与W-E-F协调度变化既有正向又有负向的影响,而地区GDP对W-E-F系统的影响最不显著。

中国水资源-能源-粮食绿色发展耦合协调效应及其空间效应

将经济、环境系统与水资源-能源-粮食系统相结合,以从三元到五元系统的绿色发展视角研究中国不同区域2005—2019年之间关于水资源-能源-粮食绿色发展综合指数的时空差异、耦合协调效应和空间效应。结果显示:(1)研究期内中国各省份五元系统绿色发展指数总体不高,发展趋势较为平稳,显示出明显的区域差异;(2)大部分省份的五元系统耦合协调度都在濒临失调与勉强协调区间,耦合协调度水平还比较低;(3)五元系统的耦合协调度在大多数年份内都呈现出显著正向的空间自相关,表现为正向的空间集聚现象;(4)耦合协调度的主要影响因素表现出明显的空间溢出。政府在政策制定过程中需要综合考虑各类资源与环境、经济系统的特性及其综合发展水平、各类系统间的耦合协调度,并考虑到每一个重要影响因素对耦合协调度空间上的直接效应和间接效应,以提升本区域和邻近区域整体绿色发展水平。

城市食物-能源-水系统的关联关系研究:以广州市为例

食物-能源-水(food-energy-water,FEW)是人类赖以生存的基础资源,且三者之间存在密切的关联关系.2011年世界经济论坛首次将"FEW风险群"列为未来10年影响全球格局的3类重要风险集合.本文基于物质流和能量流的分析方法,识别出3种代谢网络中具有关联的节点和路径.基于识别出的关联节点和路径,分析了FEW间的关联及相关指标.结果表明:2017年广州市食物生产相关的用水总量为12.19×10^(8) m^(3),能源相关的用水量为22.91×10^(8) m^(3),食物生产有关的能源消耗为11.36×10^(4) tce,与水有关的能源消耗为21.27×10^(4) tce;广州市资源消耗水平逐渐增加,资源指数迅速恶化,资源自给率水平逐渐降低,对环境影响也呈加强趋势,各子系统间的依存度和关联逐渐加强.

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。

基于粮食-能源-水关联关系的风险管控研究进展

粮食、能源与水三者之间由于相互需求与相互影响,已形成了密切而复杂的关联关系,同时还给生态环境、自然资源、公众健康带来了潜在风险。因此基于关联关系的视角,利用综合的手段来对粮食-能源-水系统的风险进行分析和调控,对我国目前环境风险管理具有重要意义。本文在查阅相关研究成果的基础上,分别从两两关联、三者关联、三者关联系统相关的风险研究等方面对粮食-能源-水关联系统及相关风险的研究进展进行系统梳理和归纳总结,总结发现:已有研究较多关注两两之间关联性的定量测算和相关治理措施,缺乏将三者看作一个整体系统的量化研究,且基于流域层面等较小尺度的研究方法还相对不够成熟。在三者关联的风险研究方面,已有部分从能源-水关联角度开展的风险研究,但从三者整体关联系统角度开展的风险研究还比较少,且所选用的风险表征指标较为单一。另外,已有针对粮食-能源-水关联系统的研究仅仅是单向的风险评估,还缺乏根据风险评估结果对三者关联系统进行动态反馈调控等内容。在此基础上,本文提出基于粮食-能源-水关联系统的风险管控研究框架及核心研究议题,主要包括构建粮食、能源、水三者之间的耦合模型;通过量化耦合系统产生的压力和污染,运用多指标表征耦合系统所带来的风险,进而建立粮食-能源-水关联系统与风险的关联传导机制;并基于风险评估结果和风险管理的关联关系建立动态调节与反馈机制,从而为基于粮食-能源-水关联的区域环境风险管控提供科学依据。