水-能源-粮食关联系统解析及其量化研究:以中亚地区为例

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 水-能源-粮食关联系统的提出背景与研究对象

1.2.2 水-能源-粮食关联系统相关的理论及量化方法研究

1.2.3 中亚国家尺度水-能源-粮食关联系统相关研究

1.2.4 中亚流域尺度水-能源-粮食关联系统相关研究

1.3 亟待解决的问题

1.4 本书主要研究目标和内容

1.5 本书的撰写思路

第2章 水-能源-粮食关联系统解析及其研究框架

2.1 系统科学思维与理论

2.2 水-能源-粮食关联系统解析

2.2.1 系统定义与组成

2.2.2 系统内部的相互作用过程

2.2.3 系统的输入与输出

2.2.4 系统的影响因素

2.3 水-能源-粮食关联系统理论和应用研究的基本思路

2.3.1 基于多学科融合的WEF nexus系统研究思路

2.3.2 不同尺度研究成果的耦合应用思路

2.4 面向可持续发展的水-能源-粮食关联系统研究框架

2.4.1 水-能源-粮食关联系统与可持续发展目标的关联性解析

2.4.2 水-能源-粮食关联系统研究框架

2.4.3 水-能源-粮食关联系统重点研究内容

2.5 本章小结

第3章 水-能源-粮食关联系统全过程综合分析方法体系

3.1 分析方法体系总体构建思路与概述

3.2 分析方法体系应用思路与主要模块间的耦合办法

3.2.1 分析方法体系应用思路与主要模块概述

3.2.2 模块间的耦合方法

3.3 不同研究阶段的已有主要分析方法

3.3.1 WEF nexus系统自身分析主要方法

3.3.2 经济社会发展对WEF nexus系统的影响评估主要方法

3.3.3 水文气象要素对WEF nexus系统的影响评估主要方法

3.3.4 WEF nexus系统对生态环境与人体健康的影响评估主要方法

3.3.5 WEF nexus系统优化利用与管理主要方法

3.4 考虑关联关系的分析思路与计算方法

3.4.1 水-能源-粮食关联系统安全综合分析方法

3.4.2 基于互相消耗关系的WEF nexus系统内部关联关系综合性评估指标

3.4.3 气候变化和人类活动对WEF nexus系统的影响分析思路

3.4.4 WEF nexus系统外部性影响的量化分析方法

3.4.5 “自然-社会-贸易”三元水循环下的WEF nexus系统研究思路

3.5 本章小结

第4章 中亚地区水、能源和粮食概况及数据来源

4.1 中亚地区水、能源和粮食概况

4.1.1 中亚五国概况

4.1.2 阿姆河流域概况

4.2 数据来源

4.2.1 中亚五国水-能源-粮食关联系统安全分析数据

4.2.2 阿姆河流域气候-经济社会-水-能源-粮食关联关系分析数据

4.2.3 阿姆河流域水-能源-粮食关联系统对生态环境影响的分析数据

第5章 中亚五国水-能源-粮食关联系统安全分析

5.1 基于E-TOPSIS模型和Spearman相关系数的WEF nexus系统安全分析方法

5.1.1 水-能源-粮食关联系统安全综合分析框架

5.1.2 指标权重计算方法

5.1.3 综合评估方法

5.1.4 关联关系分析方法

5.2 中亚五国水-能源-粮食关联系统安全变化分析

5.2.1 关联系统安全及三个子系统安全的变化规律

5.2.2 关联系统安全及三个子系统安全的变化模式

5.3 水、能源、粮食之间的关联关系分析

5.4 水-能源-粮食关联系统安全的限制要素与安全模式识别

5.5 本章小结

第6章 气候和经济社会要素对中亚地区WEF nexus系统的影响研究

6.1 中亚气候-经济社会与WEF nexus系统之间关系的基本情况及本章分析思路

6.1.1 中亚地区气候-经济社会与WEF nexus系统之间的关系分析

6.1.2 气候变化和人类活动对阿姆河流域WEF nexus系统影响分析思路

6.2 气候要素对阿姆河流域WEF nexus系统供给侧的影响

6.2.1 对径流量的影响

6.2.2 对水电资源潜力的影响

6.2.3 对作物产量的影响

6.3 经济社会发展对阿姆河流域WEF nexus系统需求侧的影响

6.3.1 对水资源需求的影响

6.3.2 对能源需求的影响

6.3.3 对粮食需求的影响

6.4 气候变化和人类活动影响下的水-能源-粮食关联关系评估

6.4.1 研究方法

6.4.2 水、能源、粮食相互消耗关系分析

6.4.3 水-能源-粮食关联关系综合指数

6.5 本章小结

第7章 中亚阿姆河流域WEF nexus系统与生态环境的交互作用研究

7.1 生态环境代表性指标选择与研究方法

7.1.1 生态环境代表性指标选择

7.1.2 研究方法

7.2 阿姆河水质类型及水体盐度-流量时空分布特征

7.2.1 水质类型时空分布特征

7.2.2 水体盐度-流量变化特征

7.3 阿姆河流域水-能源-粮食关联系统对水体盐度的影响分析

7.3.1 水体盐度影响因素综述

7.3.2 WEF nexus系统对阿姆河水体盐度的影响分析

7.3.3 WEF nexus系统作用下阿姆河水体盐度变化的概念性模型

7.4 水体盐度升高对区域可持续发展的反馈作用

7.5 本章小结

参考文献

附录

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

水安全、能源安全和粮食安全是人类生存和经济社会可持续发展的重要保障(Rasul etal.,2016)。21世纪以来,随着气候变化增强、人口迅速增长、城镇化的持续扩展，水资源、能源、粮食供给的稳定性、安全性、可持续性受到冲击，而经济社会发展对三者的需求持续增长，供需矛盾日益突出，人类社会当前和未来发展均面临着严峻挑战。2012年，“未来地球”(Fu-ture Earth)科学计划中,将保障水资源、能源、粮食的可持续、安全和公平列为全球发展中的重要目标,如何确保人类当今和未来对洁净水、能源和粮食的可持续利用,是需要重点关注和解决的基本问题之一(辛源等,2015)。2019年,在由中国科学技术协会、中国科学院和中国工程院联合主办的首届世界科技与发展论坛上，发布的“2019年度人类社会发展十大科学问题”，将“大城市如何实现能源-水-食物供给的平衡和平等”作为急需回答的问题之一。为此,应尽早确立“水-能源-粮食”可持续发展的理念,建立综合效益评价指标,探索低碳高效的水资源、能源资源、土地资源综合开发利用模式,开展跨学科、跨地区、跨部门的综合研究，以应对气候变化，保障人类福祉,实现人类永续生存和可持续发展。

水、能源、粮食之间存在着复杂的“两两作用”“三者交互”关系(王红瑞等，2022),水资源的利用、输送需要能源,能源的生产需要水资源,水能资源的开发影响水资源利用方式,粮食生产需要水资源和能源。水资源短缺严重、供给压力大的地区,需要确定能源和粮食生产所允许消耗的最大水资源量,在干旱区尤为重要。各类一次能源和由能源生成的电力供应的稳定性，直接影响生活、工业、农田灌溉过程中供水的可靠性,进而影响水安全和粮食安全,在能源短缺地区特别明显。作物种植类型、灌溉方式、农业机械的使用情况等，会影响水资源和能源的利用量，在高强度、高耗水农业区非常显著。总体而言，水、能源、粮食共同组成了一个新的复合系统，科学界定水-能源-粮食关联(WEF nexus)系统的定义、边界、研究对象等,合理评估系统状态，准确识别和科学认识系统内部关系,是开展水-能源-粮食综合研究、实现自然资源可持续利用的重要基础。

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