太湖流域水資源-能源-糧食協(xié)同發(fā)展度評(píng)價(jià)

摘要：為研究流域水資源-能源-糧食關(guān)聯(lián)系統(tǒng)（WEFN）的協(xié)同發(fā)展?fàn)顩r，促進(jìn)其可持續(xù)利用，基于水資源-能源-糧食紐帶關(guān)系，從水資源、能源、糧食3個(gè)方面構(gòu)建流域水資源-能源-糧食關(guān)聯(lián)系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以改進(jìn)后的距離協(xié)同度模型為基礎(chǔ)，與TOPSIS和灰色關(guān)聯(lián)理論等結(jié)合，提出一種基于水資源、能源、糧食紐帶關(guān)系的綜合協(xié)同發(fā)展模型，并以太湖流域?yàn)槔?，測(cè)算2007—2019年各子系統(tǒng)的發(fā)展度、協(xié)同度，評(píng)價(jià)其協(xié)同發(fā)展?fàn)顩r及WEFN的協(xié)同發(fā)展度。結(jié)果表明，太湖流域WEFN協(xié)同發(fā)展度總體處于中等發(fā)展階段，且存在由中等向良好階段發(fā)展的趨勢(shì)，呈波動(dòng)上升。太湖流域水資源、能源、糧食各子系統(tǒng)發(fā)展度、協(xié)同度與協(xié)同發(fā)展度存在差距，但基本處于中等與良好階段。其中，水資源子系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展程度較高，而能源對(duì)水資源及糧食的協(xié)同度是影響流域協(xié)同發(fā)展度的主要因素。子系統(tǒng)間協(xié)同度偏低是造成WEFN協(xié)同發(fā)展度較弱的原因，應(yīng)以提高能源在水資源、糧食相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的利用效率及優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)為突破口，促進(jìn)水資源、能源、糧食系統(tǒng)間的協(xié)同發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水資源-能源-糧食；協(xié)同發(fā)展度；灰色關(guān)聯(lián)；協(xié)同優(yōu)化；太湖流域

中圖分類(lèi)號(hào)：TV213.4；F426.2；F326.11" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2025）01-0234-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2025.01.037 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Evaluation of the coordinated development degree of water resources-energy-food in Taihu Lake Basin

GU Wang-jing1， WU Zhao-dan1，2

（1.School of Business， Hohai University， Changzhou" 213022， Jiangsu， China； 2.Jiangsu Provincial Collaborative Innovation Center of “World Water Valley” and Water Ecological Civilization，Nanjing" 211100，China）

Abstract： In order to study the coordinated development of the water resources-energy-food nexus （WEFN） in the river basin and promote its sustainable utilization， the evaluation index system of regional water resources-energy-food nexus coordinated development from three aspects of water resources， energy and food based on the relationship between them was constructed. Based on the improved distance coordinated degree model combined with TOPSIS and gray relational theory， a comprehensive coordinated development model based on the link between water resources， energy and food was proposed. Taking Taihu Lake Basin as an example to calculate the development degree and coordinated degree of the subsystems from 2007 to 2019， its coordinated development status and the coordinated development degree of WEFN were evaluated. The results showed that the coordinated development degree of WEFN in Taihu Lake Basin was in the medium development stage， and there was a trend from medium to good development stage， showing a fluctuating rise. There was a gap in the development degree， coordinated degree and coordinated development degree of water resources， energy and food subsystems in the Taihu Lake Basin， but it was basically in the medium and good stage. Among them， the degree of coordinated development of water resources subsystem was relatively high， and the coordinated degree of energy to water resources and food was the main factor affecting the coordinated development degree of the river basin. The low coordinated degree between subsystems was the reason for the weak coordinated development degree of WEFN. The breakthrough should be to improve the utilization efficiency of energy in water resources and food-related industries and optimize the structure of energy consumption to promote the coordinated development of water resources， energy and food systems.

Key words： water resources-energy-food； coordinated development degree； gray correlation； collaborative optimization； Taihu Lake Basin

太湖流域是洪水集散地、水資源調(diào)配中心和長(zhǎng)三角水生態(tài)晴雨表，加強(qiáng)太湖流域保護(hù)治理，對(duì)于保障長(zhǎng)江下游和長(zhǎng)三角地區(qū)水安全、推動(dòng)長(zhǎng)三角一體化發(fā)展和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶共抓大保護(hù)具有重要意義。當(dāng)前，太湖流域雖工業(yè)發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展階段，但隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，污染導(dǎo)致的水質(zhì)性缺水、能源依存度高、糧食主產(chǎn)區(qū)灌溉水量不足、耕地流失等問(wèn)題日益凸顯。目前，太湖流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展成為長(zhǎng)三角一體化發(fā)展的重要部分，因此正確認(rèn)知水資源、能源、糧食的紐帶關(guān)系及其在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用等方面的關(guān)聯(lián)與作用體系，分析近年來(lái)太湖流域水資源-能源-糧食的相互作用關(guān)系，測(cè)算流域發(fā)展度、協(xié)同度及協(xié)同發(fā)展度數(shù)據(jù)，科學(xué)提出太湖流域水資源調(diào)配、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、糧食生產(chǎn)的協(xié)同發(fā)展路徑，有利于全面貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記重要講話(huà)精神，切實(shí)處理好生態(tài)、生產(chǎn)和生活關(guān)系，確保流域共治、生態(tài)共享，從而促進(jìn)太湖流域高質(zhì)量發(fā)展。

水資源-能源-糧食關(guān)聯(lián)系統(tǒng)（Water-energy-food nexus，WEFN）是一種以水資源、能源、糧食為主題的復(fù)雜系統(tǒng)［1］，這三者是人類(lèi)生存和發(fā)展不可或缺的資源。水資源-能源-糧食紐帶關(guān)系相互交織、相互作用，對(duì)其協(xié)同優(yōu)化發(fā)展具有重要意義，因此當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水資源-能源-糧食關(guān)聯(lián)系統(tǒng)開(kāi)展眾多研究，從研究?jī)?nèi)容來(lái)看，多集中于水資源、能源、糧食三者之間的紐帶關(guān)系上。例如何慧爽等［2］通過(guò)構(gòu)建水-能源-糧食耦合協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用熵值法、綜合評(píng)價(jià)和耦合協(xié)調(diào)發(fā)展模型，從時(shí)空維度對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平進(jìn)行了分析，提出建立健全相關(guān)部門(mén)間的協(xié)調(diào)機(jī)制和預(yù)警機(jī)制等對(duì)策建議；羅巍等［3］基于協(xié)同學(xué)原理，按照序參量-子系統(tǒng)-復(fù)合系統(tǒng)的邏輯，從流域?qū)雍蛥^(qū)域?qū)訉?duì)黃河流域的水資源-能源-糧食紐帶關(guān)系協(xié)同演化進(jìn)行實(shí)證分析及ARIMA預(yù)測(cè)，提出生態(tài)位錯(cuò)位發(fā)展，多區(qū)域協(xié)同的政策；王紅瑞等［4］指出現(xiàn)有研究對(duì)水-能源-糧食紐帶關(guān)系進(jìn)行了現(xiàn)狀評(píng)估，研究中存在數(shù)據(jù)缺失、不一致，評(píng)估因素單一，缺少動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制，難以真正應(yīng)用到政策調(diào)控中等問(wèn)題。因此，數(shù)據(jù)整合、模型集成、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、提高韌性、城市尺度研究和智慧管理，均是水-能源-糧食紐帶關(guān)系發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。從研究方法來(lái)看，常用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、投入產(chǎn)出法、DEA等方法進(jìn)行建模。例如孫才志等［5］基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)構(gòu)建以水資源、能源、糧食為主體，涵蓋經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的復(fù)雜系統(tǒng)，并設(shè)置4個(gè)情景進(jìn)行仿真模擬，在單要素模擬基礎(chǔ)上協(xié)同分析其水-能源-糧食的紐帶關(guān)系，從而提出有助于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)措施；Salmoral等［6］運(yùn)用投入產(chǎn)出分析法，基于能源、水和糧食的消費(fèi)情況分析了英國(guó)1997—2013年從原料提取到最終消費(fèi)不同產(chǎn)品供應(yīng)鏈之間能源、水資源和糧食的相互作用；Zhang等［7］基于DEA模型在糧食、水和能源的資源整合方面進(jìn)行了協(xié)同效率評(píng)價(jià)。從研究對(duì)象來(lái)看，多針對(duì)某一區(qū)域或流域形成細(xì)分研究。例如張寧等［8］以西部地區(qū)為范疇，運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)度模型和地理加權(quán)回歸模型，對(duì)其進(jìn)行實(shí)證研究，提出了多資源系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)展視角下的區(qū)域資源管理方式及策略。近幾年有關(guān)水-能源-糧食紐帶系統(tǒng)的研究受眾多學(xué)者關(guān)注，盡管研究?jī)?nèi)容、方法、對(duì)象存在差異［9］，但是國(guó)內(nèi)水資源-能源-糧食協(xié)同發(fā)展度的研究仍處于初級(jí)階段，現(xiàn)有研究偏向于系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的探究，缺乏對(duì)子系統(tǒng)間紐帶關(guān)系和外部協(xié)同發(fā)展相結(jié)合的研究；此外，目前所研究流域集中于黃河流域，暫未對(duì)太湖流域展開(kāi)相關(guān)研究。為此，本研究基于水資源-能源-糧食紐帶關(guān)系，結(jié)合TOPSIS和灰色關(guān)聯(lián)分析方法［10］，引入改進(jìn)的距離協(xié)同度模型，建立太湖流域WEFN的綜合協(xié)同發(fā)展模型，對(duì)太湖流域2007—2019年WEFN協(xié)同發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)算及實(shí)證分析，強(qiáng)調(diào)水資源、能源和糧食之間的相互作用關(guān)系，推動(dòng)太湖流域可持續(xù)發(fā)展。

1 水資源-能源-糧食協(xié)同發(fā)展理論分析

1.1 流域水資源-能源-糧食協(xié)同發(fā)展的概念

世界經(jīng)濟(jì)論壇在《全球風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告》中提出“水-能源-糧食風(fēng)險(xiǎn)群”的概念［11］：在全球氣候變化的大背景下，水、能源和糧食三者之間形成了一種相互影響、相互制約并極具敏感性和脆弱性的安全紐帶?！皡f(xié)同論”創(chuàng)始人哈肯指出盡管系統(tǒng)千差萬(wàn)別，屬性不同，但在整個(gè)環(huán)境中，各系統(tǒng)間存在著相互影響而又相互合作的關(guān)系，協(xié)同是系統(tǒng)、整體性、相關(guān)性的內(nèi)在表現(xiàn)［12］。因此，流域水資源-能源-糧食協(xié)同發(fā)展是指以流域水循環(huán)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)和諧發(fā)展為總目標(biāo)，優(yōu)化水資源、能源、糧食各子系統(tǒng)紐帶關(guān)系及內(nèi)部發(fā)展，推動(dòng)水資源-能源-糧食紐帶系統(tǒng)向有序和高級(jí)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變，促進(jìn)流域的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 太湖流域水資源-能源-糧食協(xié)同發(fā)展紐帶關(guān)系

水資源-能源-糧食紐帶關(guān)系包含了對(duì)人類(lèi)生活生產(chǎn)和自然系統(tǒng)至關(guān)重要的3個(gè)要素：水資源、能源和糧食。其單獨(dú)任一系統(tǒng)都和經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境有著復(fù)雜的關(guān)系，三者跨部門(mén)的聯(lián)系使得水資源-能源-糧食紐帶關(guān)系更加復(fù)雜，并與人類(lèi)生活生產(chǎn)和自然中的大量問(wèn)題緊密相關(guān)。

作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，流域WEFN具有復(fù)雜性、關(guān)聯(lián)性和層次性［13］。如圖1所示，就太湖流域展開(kāi)分析。從物質(zhì)關(guān)聯(lián)［14］的角度來(lái)看，太湖流域水資源-能源-糧食之間密切聯(lián)系：在生產(chǎn)端，太湖流域地處長(zhǎng)江中下游，能源儲(chǔ)量少且發(fā)電方式基本依靠傳統(tǒng)能源，而煤炭、石油等礦產(chǎn)資源開(kāi)采及生產(chǎn)全過(guò)程需大量消耗水資源；太湖流域水熱條件優(yōu)越，為江南魚(yú)米之鄉(xiāng)，主要糧食作物小麥、水稻、玉米等從生長(zhǎng)到食品加工全過(guò)程以水資源供給為基礎(chǔ)和動(dòng)力，又成為生物質(zhì)能發(fā)電原材料。在消費(fèi)端，能源需消費(fèi)水和糧食，太湖流域水的生產(chǎn)、再生利用及相關(guān)處理需要消耗大量的能源；糧食的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、加工等也需要消耗大量能源。在這一復(fù)雜系統(tǒng)中，3種資源間緊密聯(lián)系，給太湖流域環(huán)境變化帶來(lái)壓力的同時(shí)，也給其帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此水、能源、糧食三者辯證統(tǒng)一，競(jìng)爭(zhēng)合作并存，協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)帕累托最優(yōu)狀態(tài)對(duì)太湖流域的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

綜合上述分析，本研究基于水資源-能源-糧食紐帶關(guān)系建立流域WEFN協(xié)同發(fā)展模型，綜合考慮太湖流域水資源、能源、糧食三者的協(xié)同發(fā)展過(guò)程，揭示了WEFN發(fā)展過(guò)程中各要素和子系統(tǒng)的發(fā)展水平及子系統(tǒng)間協(xié)同程度的演化規(guī)律。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究使用2007—2019年太湖流域所涉及各市的數(shù)據(jù)，運(yùn)用TOPSIS思想［15］和基于灰色關(guān)聯(lián)理論的距離改造模型［16］，分析太湖流域水資源-能源-糧食系統(tǒng)的演化規(guī)律。原始數(shù)據(jù)來(lái)源于2007—2019年《中國(guó)能源年鑒》《太湖流域及東南諸河水資源公報(bào)》以及各地市的統(tǒng)計(jì)公報(bào)。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

2.2 協(xié)同發(fā)展度模型構(gòu)建

1）評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)歸一化。由于各指標(biāo)間存在正負(fù)及單位差異，因此對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理［17］，其計(jì)算公式如下。

正向指標(biāo)：

[aijt=（xijt-mintxijt）/（maxtxijt-mintxijt]） （1）

負(fù)向指標(biāo)：

[aijt=（maxtxijt-xijt）/（maxtxijt-mintxijt]） （2）

中優(yōu)指標(biāo)：

[aijt]=（[maxtxijt-optx-xijt-optx）/（maxt] [xijt-] [optx）] " （3）

式中，[xijt]為t時(shí)期子系統(tǒng)i的第j個(gè)指標(biāo)；[aijt]為歸一化后的指標(biāo)；optx為理想規(guī)劃值。

2）確定各子系統(tǒng)的正理想點(diǎn)與負(fù)理想點(diǎn)。

正理想點(diǎn)：[A+]=（[a+i1]，[a+i2]，…，[a+ij]），為各指標(biāo)理想值。

負(fù)理想點(diǎn)：[A-]=（[a-i1]，[a-i2]，…，[a-ij]），為各指標(biāo)劣值集合。

其中，[a+ij]=[maxtaijt，當(dāng)指標(biāo)j為正向指標(biāo)mintaijt，當(dāng)指標(biāo)j為負(fù)向指標(biāo)]，

[a-ij]=[mintaijt，當(dāng)指標(biāo)j為正向指標(biāo)maxtaijt，當(dāng)指標(biāo)j為負(fù)向指標(biāo)]。

3）計(jì)算各指標(biāo)數(shù)值與其正、負(fù)理想點(diǎn)的距離，從而得到各子系統(tǒng)與其正、負(fù)理想點(diǎn)的距離，并計(jì)算發(fā)展度。

[D+it=j（a+ij-aijt）2;" D-it=j（a-ij-aijt）2] " （4）

式中，[D+it]和[D-it]分別表示在t時(shí)期子系統(tǒng)i與正、負(fù)理想點(diǎn)的距離；[a+ij]和[a-ij]分別是[A+]和[A-]向量的第j個(gè)值。

對(duì)于各子系統(tǒng)的發(fā)展度：

[dit]=[D-itD-it+D+it] " " " " " " " " " " "（5）

式中，0[≤dit≤]1。

對(duì)于子系統(tǒng)的綜合發(fā)展度：

[dt]=[twidit] " " " " " " （6）

式中，[dit]為t時(shí)期第i個(gè)子系統(tǒng)的發(fā)展度；[dt]為t時(shí)期整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展度；[wi]為各子系統(tǒng)的權(quán)重。

4）計(jì)算各子系統(tǒng)間的灰色綜合關(guān)聯(lián)度。依據(jù)子系統(tǒng)發(fā)展度大小，如果子系統(tǒng)j發(fā)展度大于系統(tǒng)i，表示j的發(fā)展程度好于i，其對(duì)i的協(xié)同作用小于1，則j對(duì)i的協(xié)同因子βij=αij；如果子系統(tǒng)j發(fā)展度小于子系統(tǒng)i，表示j的發(fā)展程度比i差，其對(duì)i的協(xié)同作用大于1，則βij=1/αij；子系統(tǒng)本身協(xié)同因子為1。計(jì)算如下。

首先，計(jì)算絕對(duì)關(guān)聯(lián)度，用[uij]表示，設(shè)初始行序列為[Xi]=（[di1，di2]，…，[dit]），計(jì)算零化象[X0i]=（[di1-di1，di1-di2]，…，[di1-dit]）=（[d0i1]，[d0i2]，…，[d0it]）。

[令：si=k=2t?1d0it+12d0it，][si-sj=k=2t?1（d0it-d0jt）+12（d0it-d0jt）]。

則子系統(tǒng)i、j間的絕對(duì)關(guān)聯(lián)度為：

[uij=1+si+sj1+si+sj+si-sj]" " " " " " （7）

式中，0[≤uij≤]1，其值越大則子系統(tǒng)i、j的關(guān)聯(lián)程度越高。

然后，計(jì)算相對(duì)關(guān)聯(lián)度，將絕對(duì)關(guān)聯(lián)度中的初始序列轉(zhuǎn)換為[X′i]=（[di1di1]，[di2di1]，…，[ditdi1]），即可得到子系統(tǒng)i、j間的相對(duì)關(guān)聯(lián)度[vij]，[vij]表示系統(tǒng)i、j間速率的聯(lián)系程度，且0[≤vij≤]1，其值越大，表示兩子系統(tǒng)的變化速率越相近。

最后，計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度[aij=θuij+（1-θ）vij]，系數(shù)[θ]取0.5，表明絕對(duì)關(guān)聯(lián)度與相對(duì)關(guān)聯(lián)度同等重要，并計(jì)算協(xié)同因子βij。

5）計(jì)算各子系統(tǒng)的理想發(fā)展值[d′it]及其協(xié)同度[Ct]。

[d′it=j=1kωjaijdit]" " " " " " " " " " "（8）

式中，[d′it]表示第i個(gè)子系統(tǒng)達(dá)到理想狀態(tài)時(shí)的發(fā)展度，子系統(tǒng)i的理想發(fā)展度除受自身系統(tǒng)發(fā)展度影響外，還受其他相關(guān)子系統(tǒng)發(fā)展度的影響。此處在協(xié)同發(fā)展中子系統(tǒng)受其他兩個(gè)子系統(tǒng)影響的機(jī)會(huì)相同，系數(shù)[ωj]取0.5。

然后，計(jì)算各子系統(tǒng)的協(xié)同度[cit]。

[cit=ditdit+dit-d′it]" " " " " "（9）

最后，計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同度[Ct]。

[Ct=ikcitk" " （k為子系統(tǒng)數(shù)）] " " " " "（10）

6）計(jì)算子系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展度[Cit]。

[Cit=ditcit] " " " " " " " " " " " " （11）

7）整個(gè)系統(tǒng)的綜合協(xié)同發(fā)展度[CDt]。

[CDt=Ctdt]" " " " " " " " " "（12）

式中，[Ct]為各子系統(tǒng)的協(xié)同度；[dt]為各子系統(tǒng)的發(fā)展度。

2.3 WEFN協(xié)同發(fā)展的等級(jí)劃分

發(fā)展度衡量子系統(tǒng)自身發(fā)展?fàn)顩r，協(xié)同度衡量子系統(tǒng)之間的協(xié)同狀況。綜合考慮發(fā)展度與協(xié)同度，根據(jù)測(cè)算數(shù)據(jù)通過(guò)查閱文獻(xiàn)［18-20］、專(zhuān)家觀點(diǎn)、研究區(qū)實(shí)況［21］，確定流域子系統(tǒng)發(fā)展度、協(xié)同度、協(xié)同發(fā)展度及WEFN協(xié)同發(fā)展度的等級(jí)劃分（表2）。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 研究區(qū)概況

太湖流域總面積約36 900 km2，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤(rùn)。涉及3個(gè)省市，包括江蘇省、浙江省以及上海市。其中江蘇省占地面積最大，達(dá)流域的52.6%。2019年流域片總?cè)丝? 164萬(wàn)人，占全國(guó)總?cè)丝诘?.4%；地區(qū)生產(chǎn)總值96 847億元，占中國(guó)GDP的9.8%；人均GDP 15.7萬(wàn)元，是全國(guó)人均GDP的2.2倍。太湖流域地勢(shì)平坦，河網(wǎng)密布，地處長(zhǎng)三角區(qū)域一體化發(fā)展、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶等重大國(guó)家戰(zhàn)略的交匯點(diǎn)，是習(xí)近平總書(shū)記“兩山”重要思想發(fā)源地。

水資源方面，太湖流域水資源豐富，2019年為225.6億m3，但由于人口稠密，人均水資源只有365.9 m3。又因太湖流域工業(yè)發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程較快，導(dǎo)致大量廢物排放，加上各類(lèi)污染導(dǎo)致的水質(zhì)型缺水問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。能源方面，太湖流域能源儲(chǔ)量少，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過(guò)程中，工業(yè)用水、污水處理和重復(fù)利用又需要消耗大量能源，導(dǎo)致能源對(duì)外依存度高，且發(fā)電方式基本依靠傳統(tǒng)能源。糧食方面，太湖流域水熱條件優(yōu)越，是享譽(yù)全國(guó)的江南魚(yú)米之鄉(xiāng)，但隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市化水平提高，糧食主產(chǎn)區(qū)存在灌溉效率低下、種植結(jié)構(gòu)不合理、耕地流失等問(wèn)題。

3.2 結(jié)果與分析

基于2007—2019年的數(shù)據(jù)，采用構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)及熵值法［22］，得到研究流域各子系統(tǒng)要素的權(quán)重（表1）。由構(gòu)建協(xié)同發(fā)展度模型得到子系統(tǒng)內(nèi)部的發(fā)展度、子系統(tǒng)外部的協(xié)同度、子系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展度和WEFN協(xié)同發(fā)展度。

3.2.1 各子系統(tǒng)的發(fā)展程度 由圖2可知，2007—2019年水資源子系統(tǒng)發(fā)展度總體處于中等發(fā)展階段。其中，2007—2010年水資源子系統(tǒng)發(fā)展度先下降后上升，由勉強(qiáng)發(fā)展至中等發(fā)展。2007年太湖藍(lán)藻全面暴發(fā)，磷、氮排放量過(guò)多，水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題突出。2008年國(guó)務(wù)院批復(fù)《太湖流域水環(huán)境綜合治理方案》，安排產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與布局調(diào)整、工業(yè)區(qū)污染治理、水利工程建設(shè)等多項(xiàng)水環(huán)境治理措施，流域水環(huán)境得到改善，水資源系統(tǒng)呈中等發(fā)展，但水質(zhì)性缺水仍是主要問(wèn)題。2011—2016年波動(dòng)幅度較大，集中在［0.4，0.7］，基本處于中等發(fā)展階段。期間降雨量逐年遞增，2016年降雨量達(dá)頂峰，導(dǎo)致流域洪澇災(zāi)害，影響水資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展。2017—2019年呈上升趨勢(shì)，處于良好發(fā)展階段。期間生態(tài)用水占比增多，水資源利用效率提升較高，可知水資源子系統(tǒng)存在較大的發(fā)展空間，且保障生態(tài)用水是水資源可持續(xù)發(fā)展的有效措施。

能源子系統(tǒng)發(fā)展度集中在［0.4，0.6］，總體處于中等發(fā)展階段，呈上升趨勢(shì)，發(fā)展較穩(wěn)定。太湖流域處于長(zhǎng)江流域下游，能源相對(duì)短缺且消耗量大。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來(lái)看，第二產(chǎn)業(yè)能源消耗所占比重最高，但隨著第三產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展及人民生活水平不斷提高，第三產(chǎn)業(yè)能源消耗比重也呈上升趨勢(shì)。且該流域城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒發(fā)電等生物質(zhì)能發(fā)電也有較高水平，新能源的應(yīng)用與推廣一定程度上優(yōu)化了能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了能源供給能力，減少傳統(tǒng)能源使用中對(duì)水資源的消耗量。2015—2019年呈輕微下降趨勢(shì)，因能源消耗量和能源消耗強(qiáng)度上升，單位生產(chǎn)總值能耗上升?？芍茉醋酉到y(tǒng)受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響，因此轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展的有效措施。

糧食子系統(tǒng)發(fā)展度總體處于中等發(fā)展階段，波動(dòng)幅度較大，大致呈“W”形變化趨勢(shì)，在2007—2010年有小幅下降，期間經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，城市化水平提高，耕地被占用，糧食種植面積減少，糧食生產(chǎn)能力有所下降。2011—2014年持續(xù)增長(zhǎng)至良好發(fā)展階段，主要由于2011年起中央大幅度增加“三農(nóng)”投入，鞏固完善強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)政策，農(nóng)民積極性得到提高。2014年后呈先下降后上升趨勢(shì)，主要由于2016年流域發(fā)生的洪澇災(zāi)害導(dǎo)致有效灌溉比例降低，種植結(jié)構(gòu)急需調(diào)整優(yōu)化?？芍Z食子系統(tǒng)受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、灌溉條件及種植結(jié)構(gòu)的影響，因此鞏固提升糧食產(chǎn)能、調(diào)整優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)、提高灌溉效率是促進(jìn)糧食可持續(xù)發(fā)展的有效措施。

總體來(lái)看，太湖流域WEFN的3個(gè)子系統(tǒng)處于中等發(fā)展階段，都逐步向良好趨勢(shì)發(fā)展。三者受經(jīng)濟(jì)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素影響較大。此外，水資源子系統(tǒng)與糧食子系統(tǒng)和氣候等自然因素關(guān)系更為密切。因此轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、研發(fā)新技術(shù)是促進(jìn)流域水資源、能源、糧食可持續(xù)發(fā)展的重要措施。

3.2.2 各子系統(tǒng)的協(xié)同程度 由圖3和表3分析可知，水資源、能源、糧食各子系統(tǒng)協(xié)同度分別集中于［0.4，0.7］、［0.4，0.8］和［0.3，0.6］，總體處于中等與良好發(fā)展階段，且說(shuō)明2007—2019年太湖流域WEFN子系統(tǒng)外部協(xié)同度為能源gt;水資源gt;糧食。能源的協(xié)同度較高，表明其受外部子系統(tǒng)的協(xié)同作用較強(qiáng)。糧食系統(tǒng)協(xié)同度相對(duì)較低，波動(dòng)幅度基本較小，受外部子系統(tǒng)的協(xié)同作用較弱。水資源子系統(tǒng)對(duì)能源子系統(tǒng)和糧食子系統(tǒng)的協(xié)同作用較明顯，分別為1.433和1.363；而水資源受其他子系統(tǒng)的協(xié)同作用不明顯。這表明太湖流域未來(lái)要以水資源-能源-糧食的協(xié)同為突破口，恢復(fù)擴(kuò)建水源地，增加其蓄水量，提高水資源配置能力，擴(kuò)大有效灌溉和節(jié)水灌溉面積，減少農(nóng)田面源排放，提高水資源在能源、糧食相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的利用效率；同時(shí)要優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化、集約化。

3.2.3 WEFN系統(tǒng)及各子系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展程度 圖4顯示了水資源子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)和糧食子系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展程度基本處于中等階段，且能源gt;糧食gt;水資源，分別集中在［0.35，0.70］、［0.40，0.65］和［0.30，0.65］，三者差異較大，但均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，糧食子系統(tǒng)低于能源子系統(tǒng)主要受自身發(fā)展的限制，水資源子系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展度最低主要由于其發(fā)展度較低。太湖流域?qū)儆跐駶?rùn)地區(qū)，但灌溉效率低下，水源污染嚴(yán)重等問(wèn)題仍然存在。因此，當(dāng)前提高水資源的利用效率仍舊是重點(diǎn)。

圖5顯示了WEFN的協(xié)同發(fā)展程度基本處于中等發(fā)展階段，且有向良好、高等協(xié)同發(fā)展的趨勢(shì)，這一趨勢(shì)與各子系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展趨勢(shì)一致。說(shuō)明各子系統(tǒng)的發(fā)展度、協(xié)同度與協(xié)同發(fā)展度一定程度上影響流域整體呈現(xiàn)基本良好的協(xié)同發(fā)展?fàn)顩r。因此，為促進(jìn)WEFN協(xié)同發(fā)展度向高等階段發(fā)展，增強(qiáng)流域可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)提高子系統(tǒng)發(fā)展度、協(xié)同度，提高各子系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展水平，注重各子系統(tǒng)間協(xié)同優(yōu)化。

4 小結(jié)與建議

本研究構(gòu)建了區(qū)域WEFN協(xié)同發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于水資源-能源-糧食紐帶關(guān)系建立了一個(gè)綜合協(xié)同發(fā)展模型，采用基于協(xié)同發(fā)展度的測(cè)算方法的距離協(xié)同度模型并對(duì)其進(jìn)行改造，結(jié)合TOPSIS，通過(guò)相對(duì)距離確定發(fā)展度，并通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度最終確定發(fā)展度和協(xié)同度。通過(guò)該模型計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，研究太湖流域2007—2019年各子系統(tǒng)發(fā)展度、協(xié)同度、協(xié)同發(fā)展度及WEFN的協(xié)同發(fā)展水平和變化特征，并得出以下結(jié)論：①2007—2019年太湖流域各子系統(tǒng)發(fā)展度總體處于中等發(fā)展階段，且呈上升趨勢(shì)。其中，水資源發(fā)展度由勉強(qiáng)發(fā)展經(jīng)中等至良好發(fā)展，其中洪澇災(zāi)害導(dǎo)致降水量增多，磷、氮排放導(dǎo)致水資源污染等因素主要影響其發(fā)展度；能源發(fā)展度逐步上升，較為穩(wěn)定，但存在能源短缺、傳統(tǒng)能源使用量過(guò)多等問(wèn)題；糧食發(fā)展度波動(dòng)幅度較大，其主要受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、種植結(jié)構(gòu)、國(guó)家政策及氣候條件等因素影響。②就2007—2019年太湖流域各子系統(tǒng)協(xié)同度來(lái)看，能源協(xié)同度較高，與外部子系統(tǒng)聯(lián)合作用較強(qiáng)，糧食協(xié)同度較低，與外部子系統(tǒng)聯(lián)合作用較弱，水資源對(duì)能源和糧食協(xié)同作用較明顯。③太湖流域各子系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展度總體處于中等階段，且有逐步向良好、高等階段發(fā)展的趨勢(shì)，太湖流域WEFN的協(xié)同發(fā)展度與之趨勢(shì)一致，說(shuō)明基于子系統(tǒng)發(fā)展度和協(xié)同度良好的基礎(chǔ)，太湖流域整體系統(tǒng)呈現(xiàn)基本良好的協(xié)同發(fā)展?fàn)顩r。

針對(duì)以上結(jié)論提出幾點(diǎn)建議：①為提高水資源發(fā)展度，布局調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、建設(shè)水利工程、治理工業(yè)區(qū)污染及保障生態(tài)用水等措施尤為重要；為提高能源發(fā)展度，發(fā)展生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、推廣新能源、增加第三產(chǎn)業(yè)能耗占比、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)等措施極其重要；為提高糧食發(fā)展度，可采取優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)、提高灌溉效率等有效措施。②通過(guò)各子系統(tǒng)協(xié)同度數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，應(yīng)以水資源-能源-糧食的協(xié)同為突破口，提高水資源在能源、糧食相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的利用效率；同時(shí)要優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化、集約化。③為促進(jìn)太湖流域子系統(tǒng)與WEFN協(xié)同發(fā)展度向高等協(xié)同發(fā)展，需改善水能關(guān)系，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高第三產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)占比，減少工業(yè)能耗，改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)；也需改善水糧關(guān)系，一方面要開(kāi)展水源地恢復(fù)和擴(kuò)建工程，提高水資源配置能力；另一方面關(guān)注技術(shù)研發(fā)，創(chuàng)新高效節(jié)水灌溉技術(shù)、優(yōu)化糧食生產(chǎn)技術(shù)，將糧食生產(chǎn)的不利影響最小化。

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