區(qū)域水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)演化特征研究

畢 博，陳 丹,2，鄧 鵬，張 娣，諸莉燕，張 鵬

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098；2.南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實驗室，南京 210098)

水資源、能源和糧食作為生產(chǎn)生活的最重要資源，是人類的生存基礎(chǔ)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展命脈。這3種重要的戰(zhàn)略資源之間同時也存在相互關(guān)聯(lián)、制約、依存的關(guān)系。聯(lián)合國將2012年和2014年世界水日主題分別定為“水與糧食安全”和“水與能源”，充分表明了全球?qū)用鎸λ?、能源和糧食關(guān)聯(lián)關(guān)系的高度重視。糧食生產(chǎn)從灌溉到加工，再到配送的各個環(huán)節(jié)都離不開水和能源，農(nóng)業(yè)部門消耗了全球用水總量的70%，食品行業(yè)消耗了全球能源消費(fèi)總量的30%[1,2]?！敖?jīng)濟(jì)發(fā)展需要能源資源和進(jìn)行產(chǎn)業(yè)活動，而它們都依賴于水”[3]，我國20%的用水量消耗在煤炭開采、加工、粉塵控制、火力發(fā)電循環(huán)冷卻等環(huán)節(jié)中；此外，我國生物質(zhì)能源的糧食消耗量依然很大。水資源開發(fā)利用的每個步驟都需要能源提供動力，我國的南水北調(diào)工程和海水淡化工程正是以電取水的最好例證；與此同時，能源和糧食也會對供水和水質(zhì)產(chǎn)生重大影響[1]。在全球氣候變化加劇和人口持續(xù)增加的大背景下，由于我國新型工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速推進(jìn)，以及我國大部分水資源集中在南方，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和能源儲備大多集中在北方的特殊水、能源和糧食分布格局。我國淡水資源不斷減少，能源需求不斷增加，糧食供給不確定性愈加嚴(yán)重，3者之間的相關(guān)性和約束性特征也日益突出。研究水資源-能源-糧食系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系和協(xié)調(diào)發(fā)展水平對促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2011年世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布了《全球風(fēng)險報告》，首次提出“水-能源-糧食的關(guān)聯(lián)關(guān)系”(Water-Energy-Food Nexus)的概念，并作為當(dāng)年的3大風(fēng)險群之一[4]。國外越來越多的研究表明了水資源-能源-糧食整體視角研究對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要性[5,6]。國內(nèi)有關(guān)水資源、能源和糧食的研究，集中在3種資源中的兩兩關(guān)系，將3者納入同一系統(tǒng)進(jìn)行研究較少。例如，利用系統(tǒng)動力學(xué)(SD)模型對水-能源-糧食系統(tǒng)進(jìn)行了仿真[7,8]；采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)方法分析了水-能源-糧食投入產(chǎn)出效率[10]；從區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究的新視角討論了水-能源-糧食的關(guān)聯(lián)關(guān)系[10]。在水資源和糧食方面，闡明了糧食安全的水資源保障戰(zhàn)略，并歸納出糧食生產(chǎn)-水資源-生態(tài)過程的互饋機(jī)制[2]；提出了在水資源的剛性約束下保障糧食安全的調(diào)控策略[11,12]；構(gòu)建了水資源生態(tài)安全和糧食安全評價指標(biāo)體系[13]；討論了糧食內(nèi)部種植結(jié)構(gòu)調(diào)整對水資源消耗的影響[14]。在能源和水資源方面，討論了水資源與能源紐帶關(guān)系和協(xié)同安全發(fā)展[15]；運(yùn)用TIMES-Water模型分析了能源和水資源耦合系統(tǒng)[16]。在糧食和能源方面，分析了食物-能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展水平[17]?，F(xiàn)有研究缺乏對水資源-能源-糧食3者之間的內(nèi)在聯(lián)系和協(xié)同演進(jìn)關(guān)系進(jìn)行定量分析，且研究尺度集中于國家和流域?qū)用妫瑪?shù)據(jù)的可獲取性和政策的可操作性較低。為此，本文通過構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)體系，并引入耦合協(xié)調(diào)度模型及計算方法，以遼寧省為研究對象，對2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系及其時序演化特征進(jìn)行了實證分析，以期為區(qū)域水資源、能源和糧食的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和參考。

1 研究區(qū)域概況

遼寧省位于我國東北地區(qū)南部，屬溫帶半濕潤和半干旱的季風(fēng)氣候區(qū)，地貌類型大體呈“六山一水三分田”，是東北經(jīng)濟(jì)區(qū)和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)的重要結(jié)合部。遼寧省水資源嚴(yán)重短缺，人均水資源占有量僅為全國的1/3，各地區(qū)年降雨量為400～1 200 mm，由東南向西北遞減。遼寧省土地資源豐富，是全國13個糧食主產(chǎn)區(qū)之一，是我國重要的商品糧基地。作為重工業(yè)基地，遼寧省基礎(chǔ)工業(yè)比重過大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平偏低，經(jīng)濟(jì)增長依賴于能源消費(fèi)，是我國主要的能源消費(fèi)大省。隨著我國新型工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速推進(jìn)和人口的不斷增長，遼寧省水資源短缺問題日益嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變動勢必帶來能源消費(fèi)和耕地轉(zhuǎn)換的動態(tài)變化，加之全球氣候變化趨勢下農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)。在這樣的背景下，用科學(xué)方法定量研究遼寧省水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)關(guān)系對實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的作用機(jī)理

在物理學(xué)中，耦合是指2個(或2個以上)體系或運(yùn)動形式通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象；耦合度是指各子系統(tǒng)相互作用程度的強(qiáng)弱，不分利弊。協(xié)調(diào)是指2個(或2個以上)子系統(tǒng)之間一種良性的相互關(guān)聯(lián)，是系統(tǒng)保持健康發(fā)展的保證；協(xié)調(diào)度是指各子系統(tǒng)相互作用中良性耦合程度的大小，體現(xiàn)協(xié)調(diào)狀況的好壞程度[18]。耦合協(xié)調(diào)發(fā)展是一種具有整體性、綜合性、多元性、內(nèi)生性和增益性的發(fā)展聚合行為，它追求的是一種齊頭并進(jìn)、整體提高、全局優(yōu)化、共同發(fā)展的美好愿景[19]。根據(jù)相關(guān)研究成果[1,4,6]，區(qū)域水資源、能源、糧食3者間存在內(nèi)在聯(lián)系和相互作用，耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的作用機(jī)理見圖1?；谝陨侠碚摚疚膶^(qū)域水資源、能源、糧食各子系統(tǒng)交互脅迫、相互依賴、彼此影響、協(xié)調(diào)發(fā)展的程度定義為“水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度”，它既反映了各子系統(tǒng)變化發(fā)展速度和方向的同步性，也反映了各子系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平。

圖1 區(qū)域水資源-能源-糧食相互作用機(jī)理Fig.1 Interaction mechanism of regional water-energy-food

2.2 指標(biāo)權(quán)重確定

主觀判斷法和層次分析法是選擇系統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重的常用方法，本文采用熵值賦權(quán)法確定評價指標(biāo)的權(quán)重。熵權(quán)法通過分析指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)程度和各項指標(biāo)信息載量的大小來測算評價指標(biāo)的權(quán)重，是一種客觀賦權(quán)方法，在一定程度上規(guī)避了主觀因素帶來的偏差，其計算步驟如下。

(1)對指標(biāo)作比重變換：

(1)

式中：Xil為第i年第l項指標(biāo)的數(shù)值；n為統(tǒng)計年數(shù)。

(2)計算指標(biāo)的熵值：

(2)

k= 1/lnn

式中：k> 0；0 ≤el≤1。

(3)計算指標(biāo)Xl的權(quán)重：

(3)

dl=1-el

式中：dl為指標(biāo)Xl的差異系數(shù)。

2.3 綜合評價模型

根據(jù)相關(guān)研究成果[7,9,20,21]，結(jié)合水資源、能源和糧食的特征，構(gòu)建水資源-能源-糧食系統(tǒng)的綜合評價函數(shù)，即：

(4)

式中：W(w)、E(e)、F(f)分別為水資源子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)和糧食子系統(tǒng)的綜合評價函數(shù)(指數(shù))；αi、βi、γi分別為各子系統(tǒng)評價指標(biāo)的權(quán)重；wi、ei、fi分別為各子系統(tǒng)評價指標(biāo)的無量綱化數(shù)值。

2.4 耦合度與耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合度的計算要借鑒物理學(xué)中的容量耦合概念和容量耦合系數(shù)模型，構(gòu)建水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合度模型：

(5)

式中：C為耦合度，C∈[0,1]，當(dāng)C=0時，表明子系統(tǒng)間處于無關(guān)狀態(tài)且發(fā)展方向和結(jié)構(gòu)呈無序性；當(dāng)C=1時，表明子系統(tǒng)間達(dá)到良性共振耦合且向有序方向發(fā)展。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)及研究區(qū)水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合發(fā)展的規(guī)律，將耦合度劃分為4個等級[18,19]，見圖2。

圖2 耦合度等級分類Fig.2 Classification of coupling degree

耦合度只能反映水資源、能源和糧食之間相互作用程度的強(qiáng)弱，難以反映相互作用協(xié)調(diào)水平的高低。需要引入耦合協(xié)調(diào)模型，以便更好地評判各子系統(tǒng)交互耦合的協(xié)調(diào)程度，其計算公式為：

(6)

式中：D為耦合協(xié)調(diào)度；C為耦合度；T為水資源-能源-糧食系統(tǒng)的綜合評價指數(shù)，反映各子系統(tǒng)間的整體協(xié)同效應(yīng)；a、b、c為待定系數(shù)。

根據(jù)相關(guān)研究成果[4,6,10]，認(rèn)為3個子系統(tǒng)具有同等重要性，故取a=b=c=1/3。D∈[0,1]，采用廖重斌的均勻分布函數(shù)法來確定耦合協(xié)調(diào)的類型及劃分標(biāo)準(zhǔn)[19]，見表1。

2.5 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本研究選取遼寧省2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)作為研究對象，數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計年鑒》、《遼寧統(tǒng)計年鑒》、《遼寧省水資源公報》，部分無法直接獲取的數(shù)據(jù)通過加權(quán)平均法進(jìn)行賦值補(bǔ)缺。

表1 耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型和評判標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Coupling coordinated development types and evaluation criteria

為了消除指標(biāo)數(shù)量級和量綱不同而造成的影響，達(dá)到指標(biāo)間的可比性和可測性，需要對各項評價指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。Xi、Yj、Zk分別為描述水資源、能源、糧食各子系統(tǒng)特征的評價指標(biāo)，且均為無量綱化值，由原始數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)化公式進(jìn)行處理所得，例如：

正向指標(biāo)：

Xi=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

(7)

負(fù)向指標(biāo)：

Xi=(xmax-xi)/(xmax-xmin)

(8)

式中：Xi為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值；xi為指標(biāo)實際值；i為指標(biāo)個數(shù)；xmax、xmin分別為歷年來指標(biāo)的最大值和最小值。

Yj、Zk的取值以此類推。

3 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

遵循科學(xué)性、整體性、區(qū)域代表性、數(shù)據(jù)可獲得性和獨(dú)立性等原則，結(jié)合水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的作用機(jī)理，從3個子系統(tǒng)10個維度構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)評價指標(biāo)體系，見圖3。

圖3 區(qū)域水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)體系Fig.3 Index system of coupling coordination degree of regional water-energy-food

采用熵值賦權(quán)法確定24個評價指標(biāo)的權(quán)重，遼寧省水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)體系及各指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果詳見表2。

表2 遼寧省水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)體系及權(quán)重Tab.2 The index system and weight of coupling coordination degreeof water-energy-food system in Liaoning Province

注：表中帶“*”符合表示負(fù)向指標(biāo)，指標(biāo)數(shù)值越小越好。

4 結(jié)果與分析

4.1 綜合評價指數(shù)時序分析

利用式(4)～(6)測算遼寧省2006-2015年水資源綜合評價指數(shù)W(w)、能源綜合評價指數(shù)E(e)、糧食綜合評價指數(shù)F(f)、水資源-能源-糧食系統(tǒng)的綜合評價指數(shù)T、耦合度C和耦合協(xié)調(diào)度D，詳見表3。

為了更直觀地反映水資源-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)演化特征以及各子系統(tǒng)的發(fā)展軌跡，將計算結(jié)果表示在折線圖上，見圖4、圖5。

圖4 2006-2015年遼寧省水資源-能源-糧食系統(tǒng)綜合評價指數(shù)演化曲線Fig.4 Evolving curve of comprehensive evaluation index of water-energy-food system in Liaoning Province from 2006 to 2015

從圖4可以看出，遼寧省2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)綜合評價指數(shù)除了2009和2014年出現(xiàn)小幅下降外，其余年份均呈穩(wěn)步上升態(tài)勢。水資源綜合評價指數(shù)總體上保持良好增長態(tài)勢，2010年增幅較大，主要由于降水量比常年偏多5成，水資源總量大幅增加；2011年降水量比上年少39.3%，2014年降水量比多年平均值少33.1%，綜合評價指數(shù)因此出現(xiàn)2次小幅下降。能源綜合評價指數(shù)總體上呈波動式上升狀態(tài)，且增長速度較為緩慢，由于2007和2013年的能源生產(chǎn)彈性系數(shù)顯著回落至負(fù)值，發(fā)生2次小幅下降，2014年以后狀況平穩(wěn)向好。糧食綜合評價指數(shù)波動性較強(qiáng)，不過總體上還是呈上升態(tài)勢，2006-2009年綜合評價指數(shù)從0.512下降至0.250，2010-2013年呈階段性改善特征，逐步升至0.676，2014年驟降至0.385而后快速上升，主要由于2009和2014兩年遭遇嚴(yán)重旱災(zāi)，成災(zāi)面積均超過100 萬hm2，糧食產(chǎn)量在較短時間內(nèi)出現(xiàn)滑坡，而恢復(fù)性增長需要較長時間。

表3 2006-2015年遼寧省水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型Tab.3 The coupling coordinated development types of water-energy-food system in Liaoning Province during 2006-2015

圖5 2006-2015年遼寧省水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度演化曲線Fig.5 Evolving curve of coupling coordination degree of water-energy-food system in Liaoning Province from 2006 to 2015

綜合來看，遼寧省2006-2015年水資源、能源、糧食各子系統(tǒng)綜合評價指數(shù)均呈上升態(tài)勢，其中，水資源綜合評價指數(shù)增長相對平穩(wěn)，糧食綜合評價指數(shù)波動較大；受到糧食子系統(tǒng)波動性的影響，水資源-能源-糧食系統(tǒng)綜合評價指數(shù)隨糧食綜合評價指數(shù)的下降而同步降低或表現(xiàn)為增長速度放緩。

4.2 耦合度與耦合協(xié)調(diào)度時序分析

從表3可以看出，遼寧省2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合度處在0.917～0.998，波動幅度較小且總體上呈上升態(tài)勢，表明在此期間始終處于高水平耦合階段，3個子系統(tǒng)相互作用而彼此影響程度高。

表3給出了遼寧省2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的計算結(jié)果，圖5展現(xiàn)了水資源-能源-糧食系統(tǒng)以及兩兩子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度時序變動的動態(tài)演化趨勢，從中可以看出，遼寧省2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度總體上以保持穩(wěn)定和波動上升為主，除2009和2014年出現(xiàn)小幅下降外，其余年份均呈穩(wěn)步上升態(tài)勢，2009-2012年處于快速上升時期。究其原因，結(jié)合前面的綜合評價指數(shù)分析可知，2009和2014年受干旱災(zāi)害的嚴(yán)重影響，全省糧食總產(chǎn)量驟然下降，波動率分別為-14%和-20%，致使糧食子系統(tǒng)發(fā)展相對滯后，不利于水資源-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展。

水資源-糧食與水資源-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)相同的時序特征，總體上呈波動式上升狀態(tài)，且波動幅度相對較大，主要由于糧食子系統(tǒng)波動性造成的影響。能源-糧食耦合協(xié)調(diào)度一直處在0.551～0.788，總體上呈波動上升態(tài)勢，除2009和2014年受糧食子系統(tǒng)發(fā)展相對滯后的影響而下降外，2007和2013年也出現(xiàn)了小幅下降。究其原因，2007和2013年的能源生產(chǎn)彈性系數(shù)分別降至-0.39和-1.39，表明能源生產(chǎn)增長速度顯著滯后于國民經(jīng)濟(jì)增長速度，致使能源子系統(tǒng)發(fā)展受阻，進(jìn)而影響能源與其他子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展。水資源-能源耦合協(xié)調(diào)度總體上保持良好增長態(tài)勢，且增長速度較快，僅2011和2013年出現(xiàn)小幅下降。究其原因，分別受到水資源子系統(tǒng)和能源子系統(tǒng)波動性的影響，2011年全省降水量比上年少406 mm，2013年全省一次性能源生產(chǎn)總量比上年少872 萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，2次較大幅度的波動都對水資源與能源2個子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展帶來不利影響。

綜合來看，遼寧省2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)以及兩兩子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均呈上升態(tài)勢，水資源、能源和糧食之間存在著交互耦合關(guān)系，由于各子系統(tǒng)發(fā)展程度的差異，表現(xiàn)出不同的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。研究期間，耦合協(xié)調(diào)度的時序演化與糧食子系統(tǒng)的波動性密切相關(guān)，主要成因是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害致全省糧食大幅減產(chǎn)，糧食子系統(tǒng)發(fā)展相對滯后于另2個子系統(tǒng)，阻礙了水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平的提升。

4.3 耦合協(xié)調(diào)類型分析

從表3可以看出，遼寧省2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)始終處于高水平耦合階段，表明3個子系統(tǒng)之間存在明顯的相互作用關(guān)系。研究期間，水資源-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)演化特征大體上可分為3個階段。2006-2008年，耦合協(xié)調(diào)類型從勉強(qiáng)協(xié)調(diào)穩(wěn)步上升至初級協(xié)調(diào)。2007年由于能源子系統(tǒng)發(fā)展相對滯后，耦合協(xié)調(diào)度增速略緩。2009-2012年，耦合協(xié)調(diào)類型下滑至勉強(qiáng)協(xié)調(diào)后轉(zhuǎn)而迅速回升至初級協(xié)調(diào)，并持續(xù)穩(wěn)步提升至中級協(xié)調(diào)。2009年受到糧食子系統(tǒng)波動性的影響，耦合協(xié)調(diào)度出現(xiàn)滑坡。2010-2012年呈現(xiàn)階段性改善特征，耦合協(xié)調(diào)度保持快速增長態(tài)勢。2013-2015年，耦合協(xié)調(diào)度先降后升波動明顯，耦合協(xié)調(diào)類型仍然維持在中級協(xié)調(diào)。2013和2014年的制約因素分別為能源和糧食，2014年糧食子系統(tǒng)的大幅波動致使耦合協(xié)調(diào)度下降幅度相對較大，由于遼寧省糧食產(chǎn)量呈明顯周期性波動，且波動周期長度比較穩(wěn)定，平均年距為3.4 a，通常在較短的時間內(nèi)出現(xiàn)滑坡，由復(fù)蘇進(jìn)入到繁華階段則需要較長時間段[22]。因此，2015年耦合協(xié)調(diào)度轉(zhuǎn)而恢復(fù)增長后會出現(xiàn)較長時間的增長態(tài)勢，耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r將持續(xù)向好。

總體而言，遼寧省2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度較高，耦合協(xié)調(diào)度大致經(jīng)歷了過渡、基本協(xié)調(diào)2個發(fā)展階段和勉強(qiáng)協(xié)調(diào)、初級協(xié)調(diào)、中級協(xié)調(diào)3個發(fā)展類型，耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度形有波動、勢仍向好，且持續(xù)提升的趨勢非常明顯，但尚未跨入高度協(xié)調(diào)發(fā)展階段，還有很大的提升空間。此外，從耦合協(xié)調(diào)度的時序演化特征可以看出，不同時期制約水資源、能源和糧食耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的主導(dǎo)因素有所不同。其中，水資源子系統(tǒng)發(fā)展水平呈穩(wěn)步上升態(tài)勢，個別年份全省降雨量變化較大在一定程度上使耦合協(xié)調(diào)度增長速度放緩。能源子系統(tǒng)在小幅波動中保持了較為穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢，但全省重化工業(yè)比重仍然偏高，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤炭為主，一次能源消耗量大。糧食子系統(tǒng)在周期波動中向前發(fā)展，主要成因是遼寧省糧食產(chǎn)量的波動顯著高于全國水平，糧食產(chǎn)量下降具有隱蔽性和突然性且恢復(fù)增長時期較長。

5 結(jié) 語

本文在闡述區(qū)域水資源、能源和糧食耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了耦合協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)體系，并引入耦合協(xié)調(diào)度模型及計算方法，對遼寧省2006-2015年水資源-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系及其時序演化特征進(jìn)行了分析和解釋。從實證結(jié)果看，遼寧省水資源-能源-糧食系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)發(fā)展能力在波動中不斷增長，表現(xiàn)出一些有現(xiàn)實意義的演化特征。

(1)水資源-能源-糧食系統(tǒng)綜合評價指數(shù)總體上呈穩(wěn)步上升態(tài)勢，水資源綜合評價指數(shù)總體上保持良好增長態(tài)勢；能源綜合評價指數(shù)總體上呈波動式上升狀態(tài)，且增長速度較為緩慢；糧食綜合評價指數(shù)波動性較強(qiáng)，不過總體上還是呈上升態(tài)勢。此外，3個子系統(tǒng)綜合評價指數(shù)的變動具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，提升各自的發(fā)展水平有助于保持3者之間的協(xié)調(diào)共進(jìn)。

(2)水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合度處在0.917～0.998，波動幅度較小且總體上呈上升態(tài)勢，表明在此期間始終處于高水平耦合階段，3個子系統(tǒng)之間存在明顯的相互作用關(guān)系。水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度總體上以保持穩(wěn)定和波動上升為主，水資源-糧食與水資源-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)相同的時序特征，總體上呈波動式上升狀態(tài)，且波動幅度相對較大；能源-糧食耦合協(xié)調(diào)度一直處在0.551～0.788，總體上呈波動上升態(tài)勢；水資源-能源耦合協(xié)調(diào)度總體上保持良好增長態(tài)勢，且增長速度較快。

(3)水資源-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)演化特征大體上可分為3個階段。2006-2008年，耦合協(xié)調(diào)類型從勉強(qiáng)協(xié)調(diào)穩(wěn)步上升至初級協(xié)調(diào)；2009-2012年，耦合協(xié)調(diào)類型下滑至勉強(qiáng)協(xié)調(diào)后轉(zhuǎn)而迅速回升至初級協(xié)調(diào)，并持續(xù)穩(wěn)步提升至中級協(xié)調(diào)；2013-2015年，耦合協(xié)調(diào)度先降后升波動明顯，耦合協(xié)調(diào)類型仍然維持在中級協(xié)調(diào)。耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度形有波動、勢仍向好，且持續(xù)提升的趨勢非常明顯，但尚未跨入高度協(xié)調(diào)發(fā)展階段，還有很大的提升空間。

(4)從耦合協(xié)調(diào)的增長趨勢和波動規(guī)律中可以看出，不同時期制約水資源、能源和糧食耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的主導(dǎo)因素有所不同，糧食子系統(tǒng)的波動性是耦合協(xié)調(diào)演化進(jìn)程中有待突破的薄弱環(huán)節(jié)。由于自然災(zāi)害是引起糧食產(chǎn)量波動的最重要的因素之一，農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害與農(nóng)田水利系統(tǒng)的狀況有密切聯(lián)系[22]，應(yīng)注重完善農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以提高農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警能力和防御能力，多措并舉積極推進(jìn)節(jié)水增糧行動。全省能源消費(fèi)總量自2011年起保持穩(wěn)定，但能源對外依存度持續(xù)上升，能源生產(chǎn)彈性系數(shù)自2012年起始終為負(fù)值。有待進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局、調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、提高能源利用效益，并通過節(jié)能降耗以緩解資源壓力。

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