2000-2020年黄河流域水-能源-粮食系统耦合协调时空演变特征

[目的]探讨黄河流域水—能源—粮食系统的耦合协调时空演化特征,可为定量评估流域高质量发展和区域可持续发展提供科学依据。[方法]通过耦合协调度模型分析水—能源—粮食系统的综合发展水平和耦合协调特征,并利用灰色关联度对各子系统内部指标进行排序,进而判断对水—能源—粮食系统耦合协调度的影响程度。[结果](1)黄河流域水—能源—粮食系统的综合发展指数呈上升趋势,水资源子系统波动幅度最大。(2) 2000—2020年黄河流域水—能源—粮食系统耦合协调度从初级协调向良好协调阶段发展;不同省区间的系统耦合协调发展水平差异较为明显,整体上可表现为上游地区>中下游地区。(3)各子系统与系统耦合协调度的影响程度排名可表示为水资源子系统>粮食子系统>能源子系统,其中水资源子系统内部指标与系统耦合协调度关联度均在85%以上,水资源子系统相对其他子系统的严格管理尤为重要。[结论]水—能源—粮食系统的耦合协调发展水平有待提高,为促进系统协调发展和流域高质量发展应综合考虑各子系统的相互作用关系。

高质量发展视角下京津冀地区WEF系统综合评价研究

为综合评价京津冀地区的高质量发展水平,从创新、协调、绿色、开放、共享等5个维度构建高质量发展评价指标体系,采用熵值-变异系数综合赋权法计算指标权重,利用线性加权法构建综合评价指数模型测度京津冀地区WEF系统高质量发展的水平,并基于灰色关联度模型探究影响WEF系统高质量发展的关键因子与维度。结果表明:2011—2021年京津冀地区WEF系统综合评价指数呈现上升趋势,空间尺度上3个省市的均值排序为北京市>河北省>天津市;京津冀地区WEF系统各维度指数表现出不同的时空特征,其中共享维度表现出下降趋势,创新维度的空间差异性最显著;粮食产量、生活耗能占比、万元GDP耗能量、生活用水量占比、第三产业耗能占比等指标是影响WEF系统高质量发展的关键因子,协调与共享是影响WEF系统高质量发展的关键维度,本研究可为区域资源高水平管理提供科学的理论依据。

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。

绿色发展对水资源能源粮食系统的影响

水资源能源粮食系统协同发展是经济社会可持续发展的重要支撑。我国生态文明建设正处于压力叠加、负重前行的关键期,资源压力大、环境容量有限和污染物排放总量高之间矛盾突出,美丽中国建设任务依然艰巨。绿色发展作为新发展理念的重要组成部分,是生态文明建设的必然要求,是建设美丽中国的必由之路,以绿色发展为抓手把准我国资源环境问题的行动脉络,为水资源能源粮食管理实践提供了全新思路。从绿色发展对水资源能源粮食系统影响的内在机理出发,结合系统的复杂性和动态性特征构建系统动力学模型,诠释了绿色发展影响下水资源能源粮食系统的演变过程,并对不同绿色发展引导和约束政策成效和实施力度进行了仿真模拟。研究发现:绿色发展通过引导和约束主体行为实现经济社会环境和水资源能源粮食系统相协调,在保证社会经济系统稳定运行的基础上,绿色发展引导和约束政策的调整与实施能够促进水资源能源粮食系统降低资源消耗和减少污染排放,政府实施的政策强度不同所取得的效果也不同。在此基础上,结合区域资源禀赋及双碳目标,未来可进一步优化绿色发展约束性政策环境,加大绿色发展政策的实施强度以促进资源高效利用和污染存量降低,充分发挥绿色发展在资源管理中的政策效能。

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。

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。

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。

京津冀水 食物系统风险评估

构建了京津冀水食物系统风险评估体系,考虑农业水足迹因素,分3个时段对2000-2020年京津冀水食物系统风险进行了评估。结果表明:2000-2020年京津冀水食物系统总体面临损害性风险,系统会发生风险并造成明显破坏;河北邯郸、张家口和石家庄等市为系统风险最大的地区,北京最小;在时间变化上,2000-2020年京津冀大部分地区为Ⅲ级风险,Ⅳ级风险地区在第一时期(2000-2006年)为4个,第二时期(2007-2013年)为2个,第三时期(2014-2020年)为0个,系统稳定性随时间有所提高;在空间变化上,前两个时期风险最高的地区为张家口,第三时期为邯郸,3个时期中风险最小的地区分别为邢台、北京、唐山;2000-2020年系统主要致险因素为农业灌溉缺水率,主要承险因素为节水灌溉程度、农业灌溉设施建设状况和本地水资源量满足需求率。

西部地区“水—能源—粮食”系统安全评价及障碍因子识别研究

2011年世界经济论坛将世界缺乏对“水—能源—粮食”纽带关系的理解视为全球经济所面临的重大挑战。以2012—2021年为时间线,采用熵权-TOPSIS模型评估西部地区11个省(自治区、直辖市)“水—能源—粮食”系统安全水平,并运用“障碍度”模型对各地区障碍因子进行识别研究,探讨影响系统安全水平的障碍因素。结果表明:目前,7个地区的安全水平在2017年后呈现不断上升的状态,通过各省安全水平平均数值可知,研究期内西部地区最安全的省份为内蒙古,陕西、新疆次之,四川、广西、青海分别为第四、五、六名,云南、宁夏、甘肃、贵州、重庆依次排在后五位;通过障碍因子识别结果可以看出,云南、宁夏的障碍因子平均分布在水资源安全、能源安全和粮食安全相关的指标上,广西、重庆、四川和新疆的障碍因子主要以水资源安全为主,贵州的障碍因子主要集中在能源安全方面,内蒙古、陕西、甘肃、青海的则以粮食安全为主。因此,针对各地区不同资源特点及系统安全水平,不同地区应因地制宜,及时调整相关机制,扬长避短,进一步提升“水—能源—粮食”系统安全水平。

吉林省水-能源-粮食系统耦合协调度评价研究

【目的】水、能源、粮食是保障人类生存与福祉的重要物质基础,研究吉林省水-能源-粮食系统的耦合协调发展状况,以促进吉林省水、能源、粮食的可持续发展。【方法】以吉林省为研究区,建立水-能源-粮食(W-E-F)系统综合发展评价指标体系,利用耦合协调度模型定量评价2003—2020年W-E-F系统耦合协调状况,运用GM(1,1)预测2021—2030年耦合协调度。【结果】结果表明:吉林省W-E-F系统综合发展评价指数呈现波动上升趋势,由0.29增长至0.67,其中水资源系统发展指数对综合系统发展指数影响大;耦合度在0.88~0.99范围内,处于高水平耦合阶段,耦合协调关系由勉强失衡逐步发展到中级协调水平,表现出向好的趋势,预测2030年将达到高级协调,最后为促进吉林省W-E-F系统耦合协调发展提出了相关建议。【结论】耦合协调度模型能够有效定量评价吉林省水-能源-粮食系统的协调发展状况,为吉林省水-能源-粮食系统协调发展提供科学参考。

长江经济带水-能源-粮食系统耦合时空动态特征研究

水、能源和粮食为可持续发展的基础性资源,如何从时空角度全面评价长江经济带水-能源-粮食系统的耦合协调发展是促进区域资源可持续发展的重要前提。以水、能源、粮食以及共生单元水能、水粮和能粮系统为单元,构建水-能源-粮食系统耦合协调评价指标体系,采用熵值法对各系统指标赋权,运用耦合协调度模型和空间自相关分析对2010—2019年长江经济带的水-能源-粮食系统协调发展和时空动态特征进行定量研究。结果表明:2010—2019年长江经济带水-能源-粮食系统综合评价指数整体呈缓慢增长趋势,其中水系统对水-能源-粮食系统综合评价指数贡献最大,年均贡献占比为21.57%;能源系统贡献最小,占比为11.95%;2010—2019年长江经济带水-能源-粮食系统耦合协调水平呈先升后降趋势,其中四川省上升幅度为5.05%,重庆市下降幅度为2.83%,且存在显著的空间异质性,上游地区明显高于中下游地区。其中能源资源是水-能源-粮食系统耦合协调发展的短板;长江经济带水-能源-粮食系统耦合协调度表现出显著空间关联性,高-高集聚区集中在长江上游地区,下游地区主要以低-低集聚区为主。长江经济带内各省市应因地制宜地完善资源管理机制,推动长江经济带资源可持续发展。

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。

中国水—能源—粮食纽带系统安全水平与全要素生产率时空耦合协调关系分析

为研究中国资源系统与经济系统耦合协调发展状况,通过构建水-能源-粮食纽带系统安全评价指标体系,应用TOPSIS模型、DEA-Malmquist指数和耦合协调度模型,对中国30个省(自治区、直辖市)(不包括港澳台及西藏)水-能源-粮食纽带系统安全水平与全要素生产率进行了测算,从时间和空间的角度分析了二者耦合协调关系。结果表明:中国水-能源-粮食纽带系统安全水平呈“双极分布”的空间格局,整体安全水平逐年提升,粮食子系统安全水平最高,水资源子系统安全水平最低;2005—2019年中国全要素生产率呈波动上升态势,水-能源-粮食纽带系统与全要素生产率耦合协调时空格局差异显著,耦合协调度呈现上升趋势,空间格局由南至北呈现出“高—低—高”的空间分布特征,时间维度上耦合协调呈现向高水平耦合阶段演进的趋势。

京津冀地区水-能源-粮食系统协同发展评价

为保障水-能源-粮食系统协同发展,以协同学理论为基础,构建协同度评价模型。从水资源系统、能源系统、粮食系统3个层面选取25个指标构建京津冀地区水-能源-粮食系统协同发展评价模型,对京津冀地区协同发展水平进行评价。结果表明,京津冀地区水-能源-粮食系统协同度整体上呈现上升趋势,但京津冀各地协同程度存在一定差异;2011—2016年京津冀协同度变化无规律,处于较低的水平,2017—2020年协同度呈明显上升趋势。

黄土高原能源富集区水—能源—粮食纽带系统安全时空耦合协调关系分析——以榆阳区为例

黄土高原能源富集区是我国重要的能源基地和粮食主产区,其水资源匮乏使区域水—能源—粮食纽带系统可持续发展面临严峻挑战。为研究黄土高原能源富集区能源、粮食与水资源之间协调发展状况,本研究以水—能源—粮食纽带系统安全为核心,通过构建水—能源—粮食纽带系统安全评价指标体系,采用TOPSIS模型和耦合协调度模型,分析了典型案例地榆林市及榆阳区水—能源—粮食纽带系统安全水平及其耦合协调关联特征。结果表明:从水—能源—粮食纽带系统耦合协调关系来看,榆林市各区县水—能源—粮食纽带系统耦合度整体较高且近年来呈现缓慢下降趋势,耦合协调度呈现“北高南低”格局且近年来表现出轻微下降趋势。从榆阳区层面来看,榆阳区水—能源—粮食纽带系统耦合度较高,耦合协调度呈现由中度协调向优质协调发展态势,水资源系统制约水—能源—粮食纽带系统安全发展,能源子系统波动性较强。为协调能源富集区水—能源—粮食纽带系统可持续发展,政府应健全跨部门协调机制,因地制宜、合理规划产业布局,同时构建节约高效的资源管理体系,提升资源使用效率。

利用脉冲NMR研究食品体系中的水分性质

核磁共振技术 (NuclearMagneticResonance,简称NMR)其检测快速、灵敏、方便等优点在许多化学分析领域都得到了广泛的应用。简述核磁共振的基本工作原理之上 ,综合国内外的研究结果 ,结合实例 ,介绍了利用NMR分析研究食品体系中与食品品质密切相关的水分子流动性、持水力、水结合、水化等性质 。

中国西部地区水-能源-粮食系统耦合协调度的时空特征

在2005~2018年中国西部地区水-能源-粮食系统综合发展评价的基础上,运用耦合协调度模型和地理加权回归模型对水-能源-粮食系统耦合协调度的时空特征及其影响因素进行实证研究.结果表明:(1)中国西部水-能源-粮食系统及其各子系统的综合发展指数总体呈波动上升趋势,其中,水资源和能源子系统在2011年后长期滞后于粮食子系统,成为西部地区水-能源-粮食系统耦合协调发展的短板.(2)2005~2018年,中国西部水-能源-粮食系统耦合协调度从勉强耦合协调进入初级耦合协调阶段,且耦合协调度呈现“南高北低”的时空特征.(3)居民消费水平和人口规模对甘肃、内蒙古等西北地区的系统耦合协调度具有正向影响,对重庆、云南等西南地区具有负向影响,影响程度在地理空间上均呈现出“北正南负”的空间特征;地方财政环保投入的影响程度从北到南逐渐增大,广西、贵州、四川、陕西的系统耦合协调度受该因素的影响最大;R&D投入强度对系统耦合协调的推动作用相对较小,影响程度呈现“北高南低”的空间特征.基于上述分析结果,提出了多资源系统联合发展视角下的区域资源管理方式,减少对有限资源间的依赖性,改善人口规模及环保科技投入等因素,构建具有西部区域特色、体现资源优势、富有竞争力的水-能源-粮食系统耦合协调发展策略.

“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。