石羊河流域水资源-粮食-能源-生态系统耦合协调发展

doi:10.11988/ckyyb.20231216

raybet体育在线院报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2): 16-22.DOI: 10.11988/ckyyb.20231216

石羊河流域水资源-粮食-能源-生态系统耦合协调发展

侯慧敏¹(), 马海华¹(), 王鹏全², 王万祯³

¹ 兰州理工大学能源与动力工程学院,兰州 730050
² 青海民族大学土木与交通工程学院,西宁 810007
³ 甘肃省水利厅石羊河流域水资源利用中心,甘肃武威 733000

收稿日期:2023-11-08 修回日期:2024-01-29 出版日期:2025-02-14 发布日期:2025-02-14
通信作者:
马海华(1998-),男,甘肃会宁人,硕士研究生,主要研究方向为水、粮食、能源、生态纽带关系。E-mail:2820915635@qq.com
作者简介:
侯慧敏(1979-),男,山西屯留人,副教授,博士,主要研究方向为水资源保护。E-mail:45446281@qq.com
基金资助:
甘肃省水利科研与计划项目(22GSLK036); 甘肃省水利科研与计划项目(22GSLK037); 甘肃省水利科研与计划项目(23GSLK044); 甘肃省水利科研与计划项目(23GSLK045); 甘肃省水利科研与计划项目(23GSLK046)

Coupling and Coordinated Development of Water Resources-Food-Energy-Ecosystem in Shiyang River Basin

HOU Hui-min¹(), MA Hai-hua¹(), WANG Peng-quan², WANG Wan-zhen³

¹ School of Energy and Power Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China
² School of Civil and Transportation Engineering, Qinghai University for Nationalities, Xining 810007,China
³ Water Resources Utilization Center of Shiyang River Basin, Water Resources Department ofGansu Province, Wuwei 733000, China

Received:2023-11-08 Revised:2024-01-29 Published:2025-02-14 Online:2025-02-14

摘要/Abstract

摘要：

为探究石羊河流域水资源-粮食-能源-生态(WFEE)系统协调可持续发展,避免单一资源的部门割裂式发展对其他资源部门造成危害,以西北内陆河流域之一的石羊河流域WFEE系统为研究对象,构建流域WFEE系统耦合协调评价指标体系,采用CRITIC赋权法对各子系统指标赋权,运用耦合协调度模型对石羊河流域WFEE协调发展水平及其时空演变特征进行研究,并对2020—2030年石羊河流域耦合协调度进行预测。结果表明:2000—2020年石羊河流域WFEE系统综合发展指数处于中等水平,能源子系统综合发展指数负增长;石羊河流域WFEE系统耦合度等级为高水平耦合;流域WFEE系统耦合协调度整体呈上升趋势,经历了轻度失调到良好协调共6个阶段;预测结果显示流域耦合协调度在预测期内处于良好协调向优质协调过渡阶段。研究成果可为石羊河流域的可持续管理和资源高效开发利用提供参考依据。

关键词: 水资源-粮食-能源-生态(WFEE)系统, CRITIC赋权法, 综合发展指数, 耦合协调度, 石羊河流域

Abstract:

To investigate the coordinated and sustainable development of the water resources-food-energy-ecosystem (WFEE) in the Shiyang River Basin and mitigate the negative impacts from the development of a single resource sector on other resource domains, we established a coupling and coordination evaluation index system for the WFEE system of the northwest inland Shiyang River Basin as a case study. The CRITIC method was employed for the weighting of subsystem indicators, and the coupling coordination degree model was adopted to analyze the spatiotemporal evolution characteristics and the coordination degree of Shiyang River Basin’s WFEE from 2020 to 2030. Results demonstrate that the comprehensive development index of the Shiyang River Basin’s WFEE system from 2000 to 2020 was at a moderate level, with the energy subsystem showing a negative growth trend. The WFEE system of Shiyang River Basin has undergone six stages, from mildly disordered to well coordinated, displaying an upward trend. The prediction results suggest that the basin will remain a well-coordinated growth trend during the forecast period from 2020 to 2030. These findings provide a scientific basis for the sustainable management and efficient development and utilization of the Shiyang River Basin.

Key words: water-food-energy-ecosystem, CRITIC weighting method, comprehensive development index, coupling coordination degree, Shiyang River basin

中图分类号:

TV213.4水利资源的管理、保护与改造

侯慧敏, 马海华, 王鹏全, 王万祯. 石羊河流域水资源-粮食-能源-生态系统耦合协调发展[J]. raybet体育在线院报, 2025, 42(2): 16-22.

HOU Hui-min, MA Hai-hua, WANG Peng-quan, WANG Wan-zhen. Coupling and Coordinated Development of Water Resources-Food-Energy-Ecosystem in Shiyang River Basin[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2025, 42(2): 16-22.

子系统	指标	单位	权重	类型
水资源子系统	地表水资源量	亿m³	0.057 0	正
	地下水资源量	亿m³	0.052 2	正
	水资源总量	亿m³	0.054 5	正
	人均水资源量	m³/人	0.050 2	正
	人均用水量	m³/人	0.119 6	负
	产水系数		0.067 3	正
	产水模数		0.053 5	正
	降雨量	亿m³	0.083 3	正
	地下水供水占比	%	0.105 3	负
	农业用水量占比	%	0.085 0	负
	工业用水量占比	%	0.095 1	负
	生态用水量占比	%	0.069 9	正
	生活用水量占比	%	0.106 9	负
粮食子系统	粮食总产量	万t	0.093 5	正
	单位面积粮食产量	kg/hm²	0.115 4	正
	人均粮食产量	kg/人	0.093 1	正
	粮食种植面积	万hm²	0.183 4	正
	有效灌溉面积	万hm²	0.202 2	正
	粮食总产量波动率		0.179 4	负
	受灾面积	万hm²	0.133 0	负
能源子系统	原煤消耗量	t	0.157 6	负
	汽油消耗量	t	0.227 3	负
	柴油消耗量	t	0.117 1	负
	能源消费总量	万t标准煤	0.210 5	负
	工业增加值能耗	t标准煤/万元	0.140 6	负
	单位GDP能耗	t标准煤/万元	0.146 8	正
生态子系统	森林覆盖率	%	0.182 2	正
	造林面积	万hm²	0.162 6	正
	封山育林面积	万hm²	0.165 9	正
	生态用地面积	km²	0.207 1	正
	荒漠地面积	km²	0.139 7	负
	人口密度	万人	0.142 5	负

子系统	指标	单位	权重	类型
水资源子系统	地表水资源量	亿m³	0.057 0	正
	地下水资源量	亿m³	0.052 2	正
	水资源总量	亿m³	0.054 5	正
	人均水资源量	m³/人	0.050 2	正
	人均用水量	m³/人	0.119 6	负
	产水系数		0.067 3	正
	产水模数		0.053 5	正
	降雨量	亿m³	0.083 3	正
	地下水供水占比	%	0.105 3	负
	农业用水量占比	%	0.085 0	负
	工业用水量占比	%	0.095 1	负
	生态用水量占比	%	0.069 9	正
	生活用水量占比	%	0.106 9	负
粮食子系统	粮食总产量	万t	0.093 5	正
	单位面积粮食产量	kg/hm²	0.115 4	正
	人均粮食产量	kg/人	0.093 1	正
	粮食种植面积	万hm²	0.183 4	正
	有效灌溉面积	万hm²	0.202 2	正
	粮食总产量波动率		0.179 4	负
	受灾面积	万hm²	0.133 0	负
能源子系统	原煤消耗量	t	0.157 6	负
	汽油消耗量	t	0.227 3	负
	柴油消耗量	t	0.117 1	负
	能源消费总量	万t标准煤	0.210 5	负
	工业增加值能耗	t标准煤/万元	0.140 6	负
	单位GDP能耗	t标准煤/万元	0.146 8	正
生态子系统	森林覆盖率	%	0.182 2	正
	造林面积	万hm²	0.162 6	正
	封山育林面积	万hm²	0.165 9	正
	生态用地面积	km²	0.207 1	正
	荒漠地面积	km²	0.139 7	负
	人口密度	万人	0.142 5	负

地区 (县)	权重划分				面积/ km²
地区 (县)	水资源	粮食	能源	生态	面积/ km²
金川	0.30	0.15	0.40	0.15	3 060.26
永昌	0.20	0.25	0.30	0.25	4 509.19
凉州	0.20	0.40	0.20	0.20	4 907.96
民勤	0.30	0.20	0.20	0.30	15 900.00
古浪	0.20	0.20	0.30	0.30	5 103.00
天祝	0.20	0.30	0.15	0.35	7 150.00
肃南	0.20	0.20	0.20	0.40	20 177.00
山丹	0.20	0.40	0.20	0.20	5 402.43
景泰	0.20	0.30	0.20	0.30	5 483.00
石羊河流域	0.22	0.25	0.22	0.31	—

地区 (县)	权重划分				面积/ km²
地区 (县)	水资源	粮食	能源	生态	面积/ km²
金川	0.30	0.15	0.40	0.15	3 060.26
永昌	0.20	0.25	0.30	0.25	4 509.19
凉州	0.20	0.40	0.20	0.20	4 907.96
民勤	0.30	0.20	0.20	0.30	15 900.00
古浪	0.20	0.20	0.30	0.30	5 103.00
天祝	0.20	0.30	0.15	0.35	7 150.00
肃南	0.20	0.20	0.20	0.40	20 177.00
山丹	0.20	0.40	0.20	0.20	5 402.43
景泰	0.20	0.30	0.20	0.30	5 483.00
石羊河流域	0.22	0.25	0.22	0.31	—

耦合度		耦合协调度
等级	取值范围	协调类型	等级	取值范围
低水平耦合	[0,0.3]	失调衰退	极度失调	[0,0.1)
			严重失调	[0.1,0.2)
			中度失调	[0.2,0.3)
颉抗阶段	(0.3,0.5]
			轻度失调	[0.3,0.4)
		过渡	濒临失调	[0.4,0.5)
磨合阶段	(0.5,0.8]	过渡	勉强协调	[0.5,0.6)
		协调发展	初级协调	[0.6,0.7)
			良好协调	[0.8,0.9)
			中级协调	[0.7,0.8)
高水平耦合	(0.8,1]		优质协调	[0.9,1]

石羊河流域水资源-粮食-能源-生态系统耦合协调发展

Coupling and Coordinated Development of Water Resources-Food-Energy-Ecosystem in Shiyang River Basin

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年份	水资源子系统F_w	粮食子系统F_f	能源子系统F_e1	生态子系统F_e2	综合评价指数T	耦合度 C	耦合协调度D	耦合度等级	耦合协调度等级
2000	0.357 8	0.378 4	0.770 7	0.040 6	0.306	0.426	0.361	颉抗阶段	轻度失调
2001	0.304 7	0.376 9	0.650 8	0.085 2	0.175	0.478	0.289	颉抗阶段	中度失调
2002	0.338 1	0.355 5	0.718 9	0.220 6	0.341	0.796	0.521	磨合阶段	勉强协调
2003	0.698 1	0.247 2	0.820 4	0.328 7	0.575	0.422	0.492	颉抗阶段	濒临失调
2004	0.536 1	0.294 0	0.591 3	0.293 2	0.384	0.849	0.571	高水平耦合	勉强协调
2005	0.437 4	0.358 8	0.758 9	0.267 3	0.438	0.895	0.626	高水平耦合	初级协调
2006	0.429 5	0.394 7	0.442 5	0.290 3	0.306	0.93	0.534	高水平耦合	勉强协调
2007	0.463 5	0.400 1	0.410 6	0.300 6	0.316	0.802	0.503	高水平耦合	勉强协调
2008	0.294 5	0.374 8	0.446 4	0.333 6	0.245	0.525	0.359	磨合阶段	轻度失调
2009	0.468 5	0.478 0	0.386 8	0.342 3	0.369	0.505	0.431	磨合阶段	濒临失调
2010	0.525 0	0.546 7	0.526 0	0.379 0	0.522	0.968	0.711	高水平耦合	中级协调
2011	0.484 3	0.389 5	0.535 1	0.400 0	0.43	0.976	0.647	高水平耦合	初级协调
2012	0.545 5	0.411 2	0.669 9	0.383 9	0.534	0.977	0.722	高水平耦合	中级协调
2013	0.376 4	0.453 8	0.516 1	0.475 5	0.432	0.912	0.628	高水平耦合	初级协调
2014	0.553 3	0.514 3	0.609 6	0.433 5	0.587	0.997	0.765	高水平耦合	中级协调
2015	0.513 6	0.542 8	0.625 1	0.454 2	0.598	0.997	0.772	高水平耦合	中级协调
2016	0.592 9	0.499 5	0.625 7	0.695 9	0.729	0.971	0.841	高水平耦合	良好协调
2017	0.608 8	0.518 5	0.618 3	0.484 7	0.647	0.991	0.800	高水平耦合	良好协调
2018	0.568 6	0.675 2	0.549 2	0.439 8	0.655	0.950	0.789	高水平耦合	中级协调
2019	0.566 2	0.697 5	0.589 8	0.539 5	0.733	0.966	0.841	高水平耦合	良好协调
2020	0.498 5	0.696 9	0.573 2	0.646 9	0.737	0.938	0.832	高水平耦合	良好协调