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。     

黄河流域水-能源-粮食安全系统的耦合协调发展研究

为探究黄河流域水-能源-粮食安全系统协调发展对推动流域人地关系协调、高质量发展的意义,以黄河流域水-能源-粮食安全系统为核心,构建流域水-能源-粮食安全系统综合指数,采用主成分分析法计算各指标权重,利用耦合协调度模型对2007—2017年黄河流域水-能源-粮食安全系统耦合协调度进行测算,并对2018—2027年流域耦合协调度进行预测。结果表明:黄河流域水-能源-粮食安全系统综合指数处于中等水平;流域2007—2017年水-能源-粮食安全系统耦合协调度经历初级和中级耦合协调发展水平,整体呈上升趋势,发展潜力较大;黄河流域水、能源安全子系统综合指数呈现轻微负增长态势,对系统整体发展提升存在一定负向压力;预测结果显示流域耦合协调度在预测期内仍将保持在中级协调。提高黄河流域水-能源-粮食安全系统协调性,推动黄河流域高质量发展,必须统筹考虑水、能源、粮食之间的协调关系,从根本上加强流域资源与生态的综合高效管理。     

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。     

黄河流域地级市水-能源-粮食系统耦合及空间关联研究

黄河流域水资源匮乏,但肩负国家能源和粮食生产的重任。在资源有限、需求不断扩张的背景下,探究水-能源-粮食资源的空间错配给黄河流域可持续发展带来的压力和挑战,可为流域高质量发展及国家区域协调发展战略提供科学依据和参考。基于中观尺度,构建黄河流域地级市水-能源-粮食系统综合评价框架,分析了流域内各地级市的水-能源-粮食系统耦合协调发展水平及空间关联特征。结果表明：2000-2018年,流域内各地级市的水-能源-粮食系统耦合协调度整体由初级协调阶段过度到中级协调阶段,但协调发展稳定性不足,至2018年,系统耦合协调度呈现下降态势;多数年份系统耦合协调度表现出显著的空间关联特征。从地级市视角出发对水-能源-粮食系统进行研究更具地区针对性,更易凸显中观尺度下系统发展的个性特征。应进一步探究黄河流域水-能源-粮食系统的空间关联影响机制,并解构黄河流域水-能源-粮食系统动态耦合协调发展模式。     

中国水资源-能源-粮食耦合系统安全评价及空间关联分析

采用Logistic曲线、耦合协调度模型和探索性空间数据分析等方法,对中国水资源-能源-粮食耦合系统进行安全评价及空间关联分析。结果表明:(1)随着经济的发展,中国多数省份水资源安全指数、能源安全指数和粮食安全指数呈上升的趋势;(2)中国水资源-能源-粮食耦合系统安全系数在2001—2015年多数省份呈上升趋势,而几个资源大省如河北、河南、山东、陕西等地耦合安全程度呈现波动或者下降的趋势;(3)从全局空间分异来看,中国各地区水资源-能源-粮食耦合系统安全性存在着空间集聚现象;从局部空间分异来看,空间正相关模式(低低和高高集聚)所占比例很大,低低集聚主要集中在西部和中部欠发达地区,而高高集聚主要分布在东部地区,在空间分布上比较稳定。     

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。     

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。     

2000-2019年新疆水-能源-粮食系统耦合协调发展研究

水、能源和粮食是区域可持续发展的关键要素。以新疆维吾尔自治区为研究区,构建水-能源-粮食（W-E-F）系统综合评价指标体系,利用耦合协调度模型和灰色GM（1,1）模型,分析新疆2000-2019年W-E-F系统耦合协调发展水平,并对2020-2031年的耦合协调度进行预测。结果表明：2000-2019年新疆W-E-F系统的综合评价指数由0.39增大至0.61,整体上呈现上升趋势;耦合协调度从0.59增大至0.77,3个子系统之间存在着密切的联系,目前整体表现为中级协调发展水平,并预测在2025年将过渡为高级协调发展阶段。水资源子系统仍是制约W-E-F系统协调发展的关键,农业用水占比过大,导致新疆总体上结构型缺水严重。未来应积极调整用水结构,提高水资源利用效率,优化粮食消费结构,以提升系统内部的协调性。     

山东省水-能源-粮食系统耦合协调关系变化研究

山东省地处黄河下游,是粮食生产和能源消耗大省,水资源供需矛盾突出,为实现区域资源可持续发展,采用耦合协调评价模型,分析山东省2000—2020年水-能源-粮食系统耦合协调发展变化特征。结果表明：山东省水-能源-粮食系统整体发展趋势较为稳定,处于初级协调阶段;各子系统间离散程度相对较低、相互影响程度高,大多数年份水-能源-粮食系统处于初级协调阶段;干旱导致水资源短缺、能源供需矛盾等问题,对系统耦合协调程度影响较大,提升抗旱减灾和能源保障能力可促进山东省水-能源-粮食系统协调可持续发展。     

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。     

多专题多比例尺水系河网管理模型研究

随着水利行业GIS系统的快速发展和对性能要求的不断提高,迫切需要解决多比例尺水系河网信息统一访问、关系维护等问题。本文提出多专题多比例尺地图管理模型,通过对地图信息依据不同比例尺和专题进行目录层次和专题层次的划分,实现水系河网信息的全国分布式统一管理和共享系统。文中给出了该模型下的水系河网表示和专题中对象间关系,分析了为形成一套基于空间数据库和空间化分析方法的分布式水系河网信息共享系统所需进行的下一步工作。该模型下的全国水系河网管理系统具有较好的可扩展性,支持有效获取不同比例尺的地图,较少信息冗余和保证信息最大可能。     

一种空间误差模型在混凝土拱坝变形预测中的应用

混凝土拱坝作为一种高次超静定结构,具有较强的自适应性和整体性,但传统混凝土拱坝变形统计模型主要考察单个测点的变形序列,不能体现不同测点之间的相互作用。基于传统混凝土拱坝变形统计模型,用空间计量方法挖掘了拱坝不同测点同一时刻误差项空间面板数据的空间关联特性;进一步采用空间面板自回归模型拟合变形序列误差项面板数据,建立了混凝土拱坝变形预测空间误差模型。小湾拱坝坝体34个监测点水平向变形监测序列分析结果表明:误差面板数据之间存在很强的正空间关联性质,空间误差模型的预测效果优于传统统计模型,具有一定应用前景。     

空间数据库在清江GIS系统中的应用

设计了一种基于区域和基于对象数据模型的新型空间数据库，该数据库具有处理多种数据源的能力，提供应用接口，具有较高的灵活性。基于其上建立的清江系统，能满足多种需求。     

滑坡预测预报的地质-气象耦合模型研究

通过将地质环境条件和降雨条件相结合的方法，建立了基于地质一气象耦合的区域地质灾害预警预报模型．模型在区域地质灾害空间预测的基础上，结合实时的气象动态信息，研究在不同地质环境和不同气象条件下地质灾害发生的规律；这有助于提高区域型滑坡的预报精度．以浙江省永嘉县为例，通过建立的滑坡(泥石流)空间预测模型对研究区进行灾害危险性预测分区，然后将危险性预测分区图与降雨量图叠加确定预警预报区．同时确定了区域性滑坡的临界降雨量和降雨强度阀值，建立了区域滑坡灾害的宏观预警模型．     

土壤水力参数的单一参数模型

以甘肃省河西走廊石羊河流域为例，在78个土壤样品试验数据的基础上，建立了土壤水分特征曲线、土壤水分扩散率和土壤导水率的单一参数模型，并对模型中的参数特征进行了分析。研究表明，单一参数模型具有一定的拟合精度，模型中的唯一参数能够描述土壤水力参数曲线，可以作为描述这些参数空间变异的变异系数，是进行大尺度区域土壤水力参数空间变异研究中比较理想的模型。     

滑坡灾害空间预测方法研究综述

滑坡灾害空间预测是对滑坡可能发生的空间位置的预测,目前已形成了多种结合GIS制图的空间预测方法。介绍了国内外多种常用的空间预测方法,结合实际应用对比了不同方法的特点及其适用性,认为确定性模型物理力学意义明确,但假设条件与所需参数类型较多;统计预测方法相对简单,应用广泛,但难以描述滑坡与相关因素之间的非线性关系;模式识别模型适用于非线性问题,但也存在计算耗时,参数难以确定和噪声影响等问题;模糊综合评判更适用于单体滑坡的评价。尽管空间预测模型朝着越来越复杂的方向发展,但预测研究必须建立在坚实的地质分析基础上。针对目前空间预测效果检验常用已发生的滑坡位置与预测结果重合度作为评判标准,认为采用不稳定斜坡和有复活迹象的古滑坡作为检验样本更为合理。大型复杂单体滑坡需要高精度的空间预测评价,针对不同单体滑坡建立确定性模型是更可行的方式。     

基于空间自相关分析的安徽省水资源生态压力空间格局探析

为探索安徽省各地级市水资源生态压力空间关联格局,制定差别化水资源可持续利用政策,运用生态足迹压力测度模型,对安徽省16个地级市水资源生态压力进行了测算,采用空间自相关分析方法,对水资源生态压力空间关联模式进行了考察。结果表明:12014年安徽省16个地市水资源生态压力指数介于1.05~3.82,均值达1.89;2水资源生态压力全局自相关Moran指数为-0.115 3,呈不显著空间异质格局,其中,位于皖南的黄山、池州、宣城及皖西南的安庆4市水资源生态压力小,而淮南、马鞍山、铜陵三市压力大;3局部空间自相关Moran指数散点图显示,位于第二(LH)、第四(HL)象限的地市有13个,而位于第一(HH)、第三(LL)象限的仅有3个,滁州市局部空间自相关指数为-0.293 7,为显著低值异质中心,黄山市该指数为0.961 5,为显著低值聚集中心。基于研究结果,提出了差别化的水资源可持续利用政策建议。     

空间均化水文模型及其验证

本文基于空间均化方法构建了空间均化水文模型SAHM.该模型采用基于空间均化方法建立的宏观尺度水文控制方程描述了计算单元内入渗、壤中流和坡面汇流等基本水文过程,在方程中直接包含了土壤饱和导水率和微地形的空间非均匀性,使SAHM在保持传统"点"尺度方程机理性的同时从理论上避免了方程适用尺度和模型应用尺度的不匹配问题.模型在半干旱半湿润的沁河流域上游进行了验证,并对模型参数敏感性进行了分析,结果 表明,模型具有较高的计算精度和计算效率,可用于大中尺度流域水文模拟、水资源评价和洪水预报.     

GIS在水利信息化中的应用

由于GIS具有对空间数据强大的处理能力．在水利信息化建设中得到越来越广泛的应用。通过对GIS在水资源、水环境、水灾害系统开发应用中的全过程进行了论述，探讨了GIS中对数据采集与处理、空间分析、模型建立、系统开发及发展前景等内容。     

面向分布式水文模型的汉江流域空间离散化方法

深入分析了分布式与半分布式水文模型的空间离散化方法,结合多种方法的优点对汉江流域下垫面信息进行离散化处理,既综合了子流域和地貌单元反映地形特征的优势,又引入"马赛克地块"面积分布函数,简单有效反映了不同植被覆盖影响.同时,为每个计算单元都进行了含有拓扑信息的编码,高效组织了众多空间数据,便于计算机自动处理,缩短计算时间.为构建分布式水文模型时尽可能全面反映下垫面空间异质性同时又尽可能少的引入参数打下了坚实基础.