水—能源—粮食纽带关系若干问题解析

水、能源、粮食均为战略性、基础性资源,三者之间相互关联,彼此制约,深刻影响着人类的生产、生活和生态环境。通过梳理水—能源—粮食纽带关系领域的研究内容、研究方法、研究尺度等,进一步明确了变化环境影响下水—能源—粮食纽带关系概念框架及其风险关系的传递与表达,指出当前对水—能源—粮食纽带关系理解尚未统一,广泛采用的有“联系论”和“方法论”。现有研究对水—能源—粮食纽带关系进行了现状评估,资源间相互消耗关系的量化与不同情景下的仿真模拟。研究中存在数据缺失、不一致,评估因素单一,缺少动态反馈机制,难以真正应用到政策调控中等问题。因此,数据整合、模型集成、风险评估与动态调节、提高韧性、城市尺度研究和智慧管理,均是水—能源—粮食纽带关系发展关注的重点领域。     

土地利用变化对区域水—能源—粮食系统耦合协调度的影响——以京津冀城市群为研究对象

将土地因素引入水—能源—粮食系统,运用耦合协调模型对京津冀城市群2005— 2018年水—能源—粮食—土地系统的时空变化特征进行研究。结果表明：（1）从空间尺度上来看,京津冀城市群建设用地由中心向四周扩散;从京津冀城市群土地利用格局来看,耕地和建设用地面积分别呈现较为明显的下降和增长趋势。（2）将土地纳入水—能源—粮食系统降低了京津冀城市群大多数城市水—能源—粮食系统间的耦合度和耦合协调度。（3）土地与水—能源—粮食子系统组成的两要素系统的协调水平会进行叠加或抵消进而影响水—能源—粮食—土地系统耦合协调度。本文的研究启示在于：京津冀城市群在考虑水、能源、粮食协调发展的同时,应考虑土地对水—能源—粮食系统整体及内部子系统的影响,根据城市自身资源优势合理配置资源、优化产业布局以实现可持续发展。     

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.     

人水系统的自组织演化模拟与实证

人水系统是一个开放的复杂巨系统,研究其自组织演化过程对促进区域人水和谐和可持续发展具有重要意义。论文在辨析人水系统基本内涵的基础上提出了其概念模型,基于自组织理论分析了人水系统的演化具有开放性、涨落、非线性、反馈、不稳定性和支配性等特点。在此基础上借鉴协同学、耗散结构论等将序参量判据和熵判据结合,构建了人水系统的自组织演化模型,并应用到人水矛盾突出的石羊河流域。案例分析表明：石羊河流域人水系统的社会经济、生态环境和资源开发利用三个子系统在2001-2011 年的协同度总体呈“S”型上升趋势,具体演化路径略有不同;人水系统的整体演化以2006 年为涨落点,在政策驱动下,系统不断输入负熵,由混乱无序向协调有序的良性发展方向演化,开始趋向新的稳态,结果验证了模型应用的可行性。     

长三角城市群水—能源—粮食系统压力的演变特征及其影响机制

城镇化的推进加剧资源消耗,水—能源—粮食（Water-Energy-Food）作为核心资源,是保障区域可持续发展的关键。以长三角城市群为例,构建WEF系统压力指数,揭示1990—2018年间长三角城市群WEF系统压力的演变特征,探讨城镇化推进对WEF系统压力的影响机制。结果显示：2010年后,随着长三角一体化进程加快,WEF系统压力明显加大,其中粮食压力猛增、水资源压力稳定、能源压力有所下降,但能源供应仍存缺口。各省市WEF系统压力及其变化特征与资源禀赋、经济发展和城镇化进程相关。城市空间扩展、人口集中、经济发展和居民消费显著影响长三角城市群WEF系统压力。因此,WEF系统管理应立足不同要素演变特征,同时加强不同部门及区域的协同管理,共同促进长三角城市群的可持续发展。     

黄河流域水-能源-生态系统协同增效战略体系构建研究

黄河流域生态保护和高质量发展国家重大战略加快推进实施,流域水资源、能源、生态安全作为战略实施的核心要素、基础动力和约束性要求,三者形成互为基础、相互依存、彼此促进的有机整体.本文构建了水-能源-生态系统协同增效概念模型,评估了黄河流域水资源承载、生态系统质量、碳排放并揭示了其驱动因素,系统分析了黄河流域水-能源-生态系统之间的纽带关系,构建了黄河流域水-能源-生态系统协同增效战略体系.结果表明：(1)2021年黄河流域水资源严重超载,除青海省和四川省以外,其他7个省区水资源开发潜力很小;同时流域生态系统敏感脆弱、生态系统服务功能重要,极度、重度敏感区域面积占比共计52%,生态系统服务功能极重要、较重要区域面积占比共计63.2%. 2005-2021年黄河流域CO₂排放量上升,但排放强度总体下降,青海省、甘肃省和山西省CO₂排放强度下降明显.(2)自然生态本底脆弱、天然河川径流量减少、供水量平稳耗水量增加、用水结构不合理、上游用水效率不高、以煤为主的能源消费结构是导致黄河流域生态系统敏感、水资源超载、碳排放量增加的主要驱动因素.(3)黄河流域水...     

基于系统投入产出和生态网络分析的能源-水耦合关系与协同管理研究——以湖北省为例

能源和水资源之间存在紧密的耦合关系。以往的资源管理政策往往只关注单一资源,忽略了两者的关联性。为促进能源和水资源综合管理,有必要开展能源-水耦合关系和协同管理研究。从社会经济网络视角出发,论文综合运用系统投入产出和生态网络分析方法,构建了湖北省2007和2012年能源-水耦合网络核算框架。结果表明:1)2012年湖北体现能源最终消费量为14 304.93万tce,体现水资源最终消费量为346.66亿m3,相比2007年分别增长52.26%和7.89%,其中,体现在最终使用中能源与水资源流有近50%来自制造业;2)2007年湖北省水资源网络和能源网络的循环率都约为2.71%,与2007年相比,2012年水资源网络循环率显著增长至4.23%~4.40%,而能源网络循环率则变化较小;3)能源网络和水资源网络的系统鲁棒性都偏向于冗余度更高、效率更低的一侧;4)由于能源-水耦合网络的引入,2007—2012年间,在能源和水资源网络中,电力、热力生产和供应部门对于大多数部门的控制都呈现不同程度的增强趋势。研究辨识了能源与水资源协同管理的关键部门和路径,为湖北省能源和水资源可持续利用提供了理论与数据支撑。     

水土流失风险扰动下区域人地系统适应性研究——以榆林市为例

适应性概念为可持续性科学领域提供了新的研究思维。论文在总结、梳理适应性内涵,整合相关适应性理论与方法的基础上,提出了基于风险扰动的适应性分析框架,采用风险-适应能力指数评估区域人地系统适应性,将系统适应性分解为风险干扰和适应能力(包括生态、经济、社会能力3个参数)两个维度,从研究区水土流失风险出发,构建系统适应性评价指标体系。通过美国通用土壤流失方程(USLE)与适应性函数模型,分析榆林市水土流失风险以及人地系统适应能力时空演化特征,在系统适应性水平评估基础上,揭示榆林市不同时期人地系统适应性演化的驱动因素。研究结果表明:1)2000—2011年榆林市水土流失风险显著下降,但时空演化明显,到2011年高流失区转移分布于西南部、长城沿线等县域;2)12 a间榆林市系统适应性水平整体呈增高趋势,但空间上出现两极分化,呈现“西北高、东南低”的格局,其中北部县区1在生态、经济和社会子系统能力上明显高于南部,但南部县域适应性水平提升较北部更为明显;3)人地系统适应性演化驱动力由社会经济发展转化为生态环境修复、经济能力增强和社会保障提升的共同作用。     

T/CUWA 70052—2023《城镇污水资源与能源回收利用技术规程》编制思路与要点解读

城镇污水处理厂是潜在的资源、能源、水工厂,如何最大程度地全面实现资源能源回收、水循环利用和环境友好,已经成为城镇污水处理的主导发展方向。为提高我国城镇污水资源化能源利用的技术水平,系统推进城镇污水资源化能源化利用工作,中国城镇供水排水协会组织编制并于2023年7月发布了T/CUWA 70052—2023《城镇污水资源与能源回收利用技术规程》。该规程首次提出了我国城镇污水资源能源回收的技术路线、工艺参数和运行管理要点,可为处理技术或工艺选择、工程设计、运行优化等提供指导。该规程的实施,对于城镇污水处理系统转变为资源、能源与水工厂,促进我国城镇污水处理的绿色低碳高质量发展具有积极意义。     

乡村振兴背景下县域农业农村创新发展评价及空间格局——以甘肃省为例

实施农业农村现代化创新发展措施,将有效促使乡村振兴战略长远推进,形成我国农业农村创新发展的新局面。基于甘肃省86个县域研究单元,从创新投入、创新保障、创新效果三个维度构建了包含28个二级指标的农业农村创新发展评价指标体系,就农村地区创新发展水平进行综合评价。结果表明：（1）甘肃省农业农村整体创新发展得分呈上升趋势,但增长幅度较为缓慢。综合创新能力得分较高的县（区）主要集中在河西地区东部,得分较低的县（区）主要集中在南部民族地区。河西地区创新保障和创新效果水平处于全省前列,南部民族地区创新投入水平较低。（2）全省农业农村创新发展在东西方向上表现为西高东低,2013年以后逐渐表现出“两头高、中间低”趋势;在南北方向上表现北高南低;在东南—西北方向上呈现出西北高、东南低;在西南—东北方向上呈现出东北高、西南低。创新发展指数方向特征未发生明显变化,在空间上具有一定的锁定性。（3）创新发展热点区域集中在河西地区张掖市、武威市及金昌市,冷点区域集中分布在南部民族地区;极冷点区和极热点区数量减少,县域农业农村创新发展差距在减小。（4）多元资本投入、农业经济发展、自然地理条件及资源禀赋、农业基础设施配置、农业发展政策等通过内外因素结合创新发展供需两侧作用于甘肃省农业农村创新发展时空演化。     

基于变权理论和DPSIRM的中国森林生态安全评价

为克服常权权重不能精准刻画生态和经济复杂交互关系的缺陷,结合变权理论和DPSIRM因果框架,构建了包含6个子系统、23个具体指标的中国森林生态安全评价体系.基于2006~2018年的中国统计年鉴数据、林业统计年鉴数据及相关数据资料,运用K-means聚类法和变权理论对中国大陆31个省（市、自治区）（不包含台湾、香港、澳门）的森林生态安全状况进行评价.结果表明：（1）在研究时期内,基于DPSIRM因果框架的中国森林生态安全总指数呈现“W”型总体上升的小幅波动趋势;（2）经过变权处理后,状态子系统平均权重最大达到0.0781,管理和响应子系统次之,分别达到0.0728和0.0640,管理子系统平均得分呈“N”型变化趋势,与其他子系统相互作用显著,对森林生态安全具有全局性影响.（3）研究期内,大部分省（市、自治区）森林生态安全综合评估值呈现平稳上升或先降后升趋势,仅有辽宁、西藏等地区波动下降.区域森林生态安全状况差异明显,西南地区平均得分最高达0.3414,西北、华东、华中地区平均得分远低于各地区平均水平0.2794.（4）中国的森林生态安全状况整体呈改善趋势,但各省（市、自治区）之间森林生态安全状况呈现严重分化现象,传统林业优势地区森林生态安全状况较好,而经济高速发展地区的森林生态风险较大.建议在未来的森林生态安全管理中需重点关注生态脆弱区和经济发达地区,在加强现有森林资源保护的基础上,继续大力实施和推进林业生态恢复工程建设.     

强可持续理念下绿色创新效率与生态福利绩效耦合协调的时空特征

从强可持续理念出发,基于改进的SFA模型对中国2004-2015年30个省份的绿色创新效率及生态福利绩效值进行测度,结合耦合协调度模型对两系统的耦合协调度进行分析,同时考虑其空间特征及演变规律。结果表明：（1）中国生态福利绩效值在空间上已形成由北京—浙江—广东—陕西构成的四角极点支撑,并不断向沿线地区辐射。（2）2004-2015年两系统的耦合度均值C∈[0.666, 0.680],整体处于较高强度耦合阶段,而协调度均值则整体处于初级协调阶段 （D∈[0.512, 0.565]）,未来仍有较大的优化空间。（3）从空间格局上看,地区间的耦合协调度差距显著,高值区（中高级协调）主要集中在东部沿海地区,且已形成由广东—浙江两个高级协调发展极核辐射的“U”型发展轴带;初级协调阶段的地区连片扩张趋势明显。相比较而言,西北地区仍处于中国绿色创新效率与生态福利绩效耦合协调的最后梯队,受周边地区辐射影响较小,增速缓慢。     

全生命周期下中国煤炭资源能源碳排放效率评价

基于生命周期法(LCA)构建了煤炭资源在开发、转换、利用阶段的碳排放估算模型,采用动态网络SBM模型测算了2007~2019年中国25个省(自治区、直辖市)煤炭资源的综合能源碳排放效率、时期能源碳排放效率与阶段能源碳排放效率.结果表明:我国煤炭资源综合能源碳排放效率水平呈“U”字型分布,东部最高、西部次之、中部最低.煤炭资源能源碳排放效率水平存在较大的提升空间,2007~2019年综合能源碳排放效率均值仅为0.4726;我国煤炭资源时期能源碳排放效率区域间差异显著,效率水平较高的地区主要集中在华东与中南地区;从阶段能源碳排放效率分析可以发现仅北京、江苏、青海三省阶段1与阶段3的能源碳排放效率处于有效水平,其余省(自治区、直辖市)及其他阶段均存在效率损失,尤其阶段2效率损失严重.研究期内阶段3的能源碳排放效率整体呈“类峰峦状”的波动上升趋势;DNSBM和NSBM两种模型测算的能源碳排放效率对比发现,NSBM模型会低估煤炭资源综合能源碳排放效率水平.     

The water-energy-food nexus: Is the increasing attention warranted,from either a research or policy perspective?

In recent years, the notion of a nexus involving water, energy, and food has been gaining attention in the scholarly literature and popular press, due partly to the impetus provided by an international conference on the nexus in 2011, and partly to the increasing interest among researchers and public officials in determining the investments and policies needed to achieve and sustain water, energy, and food security. While the notion of such a nexus is compelling to some observers, interactions involving water, energy, and food have been known and studied for many years by scientists and policy analysts. The need for greater integration of research and policy discourse across sectors and regions has been expressed in international meetings since the late 1940s. In addition, the conceptual basis for including water, energy, and food in the “nexus,” to the exclusion of other resources and inputs is not evident. In many cases, the information excluded from studies claiming to implement a nexus approach might be of greater importance to science and policy than the information included in the analysis. In this paper, I review some of the experience gained in earlier attempts to enhance integration and policy coherence, and to promote systems analysis. The challenges observed in implementing programs of integrated natural resources management (INRM) and integrated water resources management (IWRM), in particular, suggest that efforts to implement a water-energy-food nexus approach will not enhance the policy process in all settings. In sum, it is not clear that the increasing attention given to studies claiming to implement a nexus approach is warranted.     

1997—2013年中国绿色GDP核算及时空格局研究

论文基于资源环境视角,通过构建绿色GDP核算体系对1997—2013年中国及大陆31个省（市、自治区）的绿色GDP进行核算,并进一步通过人均绿色GDP及绿色GDP指数揭示地区绿色发展现状差异。研究结果表明：1）中国在1997—2013年间绿色GDP指数为78.99~87.06,经济发展对自然资源尤其是能源资源依赖度较高。指数呈波动上升趋势,资源节约效果显著,环境污染管治仍需加强。2）区域差异上,人均绿色GDP与绿色GDP指数均呈东部地区>中部地区>西部地区的格局,即经济发展水平较好地区其资源环境依赖性也较低。3）将全国进行绿色发展分区后,处于健康区的省市有10个,潜力区5个,高危区10个,警戒区6个。绿色发展健康区主要覆盖于东部沿海地区,而中西部内陆省市为绿色发展高危区的主要覆盖区。     

中国水足迹强度空间关联格局及影响因素分析

水资源短缺已成为制约经济社会发展的重要因素,科学审视水资源利用现状、探索水资源可持续发展的有效动力具有重要的理论和现实意义。基于水足迹视角分别测算2006-2015年中国31个省域的水足迹强度,利用探索性空间数据分析（ESDA）对其时空格局演变特征进行解析,考虑到该方法空间描述的粗略性,通过引入时空跃迁测度法进行细化,并借助空间杜宾模型探讨其影响因素。结果表明：中国水足迹强度空间集聚效应显著且具有跃迁性,但主要以类型Ⅵ为主,其空间结构具有一定的路径依赖特征;人口数量仍然是当前中国水足迹强度的一个主要驱动因子,而城镇化率和对外开放程度则对降低水足迹强度起积极作用;中国水足迹强度存在“倒N型”的Kuznets曲线,且大部分省份水足迹强度处于第一个拐点与第二个拐点之间,北京、天津、上海等区域已越过第二个拐点,处于水足迹强度下降阶段,而部分西部欠发达地区仍未跨越第一个拐点。