基于土地城镇化的WEF纽带变化及影响研究开题报告

1.1 课题的意义

水、能源、粮食（water,energy,food，WEF）是人类生存的三大重要基本资源，在全球范围内，有人类活动的区域即存在对三者的需求。随着全球人口数量的增长，上述资源需求在与当前条件保持一致的情形下已必然增加。2012年，我国粮食自给率跌破90；2014年，我国石油对外依存度超过60，有三分之二的城市面临供水不足。另外诸如能源、粮食价格的上涨，缺水地区范围扩大及覆盖人口增加等一系列现象均表明了水、能源、粮食安全问题，对于可持续发展目标的实现造成了较大的威胁。

若将水、能源、粮食作为三大系统，则任一系统内的变动均会引起另外两系统的复杂变动。因此，如果仅着眼于单一系统内部以解决单一资源的安全问题，必定会由于孤立性而忽视系统的外部性。2011年，基于整体性视角的“水—能源—粮食”纽带关系（WEF nexus）全局性概念框架在德国波恩会议上首次阐明，为资源安全及区域可持续发展研究提供了一个更完善的视角，自波恩会议以来，已经有越来越多的研究开始聚焦于三者的协同研究。

城镇化是当前人类社会重要的演化过程。人口方面，城镇化使区域人口在增长的同时在城镇区域内发生集聚，从而使水、能源、粮食需求在城镇化区域内进一步增加；空间方面，城镇化表征为城镇区域土地利用结构的变化（用途、比例、分布等），而水、能源、粮食资源都需要一定特定的空间来承载或生产，土地资源的稀缺性众所周知，因而上述三类资源由于土地利用变化在供给上也发生着变化。供需的双重变化使得水、能源、粮食三大资源安全在城镇化区域面临着更大的挑战，如在粮食作物与能源作物之间产生“耕地争夺”现象。白景锋等在测算中国各省WEF总压力指数中，也引入了城镇化率、人口密度等社会指标作为自变量，可见城镇化对于WEF系统是不可忽略的影响因子。

根据诺瑟姆的经典“S”型曲线，无论是基于全球尺度还是我国的国家尺度内，目前的城镇化进程正处于中期即快速增长阶段，并将在2050年左右达到稳定状态。例如，我国学者顾朝林通过系统动力学（SD）模型推测至2050年城镇化水平达到饱和状态时，我国城镇化率将达到75。因而在今后的二三十年内，解决水、能源、粮食安全问题至关重要。

多数城市在建立之初即选取或临靠优质用地（平整、临河、易开垦等），如我国胡焕庸线东西两侧城市数量分布差异明显。随着城市人口不断增加，传统城镇化路径下，城市扩大及蔓延难以避免，周边的优质土地必然面临用途变更，劣地占补也可能造成资源补给困难。城镇化对土地的影响一方面造成人地矛盾，另一方面又会在成WEF三大子系统间的矛盾。土地既是WEF复合系统的外部因子，也是沟通城镇化与WEF纽带的重要桥梁。如城镇化造成建设用地及硬化面积增加，导致地表径流加大，下渗作用减弱，改变了地下水储量从而影响城市水资源数量。通过土地利用变化的视角，可以在探寻城镇化通过土地对于WEF纽带关系及水、能源、粮食安全的作用机制。

1.2 国内外研究进展

与本文相关的国内外研究主要分为三大类，一是证明水、能源、粮食资源的安全

问题，二是城镇化造成的土地利用变化及其影响，三是WEF纽带关系的研究第一类研究：在WEF纽带关系聚焦之前，国内外已有大量研究通过不同情景模拟预测未来水或能源或粮食的需求及供给，通过供需缺口来佐证资源安全问题并提出相应建议，研究范围主要在单个系统内部，如王根绪研究了1970-2000年期间，黑河流域土地利用变化对于地下水资源的影响。但是单一的资源问题决策通常容易忽略外部性影响从而引起“次最优”问题，如印度电力价格补贴政策导致印度北部农村地下水枯竭。

第二类研究：国内外均已有大量的研究，基本是通过数据、影像采集来得出一定空间及时间尺度内城镇化影响下土地利用变化的情况。具有普适性的结论有：1、城镇化进程中城镇建设用地增长明显；2、城镇建设用地主要来源于耕地；3、生态用地保护意识不断提高。另外还有一些地方性的结论，如1990-2013年武汉市水域面积明显下降，影响调蓄功能；而乌鲁木齐市在1990-2006年间水域面积略有上升，由此可见城市土地利用变化特点还存在明显的地方差别，不能忽视。这一类研究为本文的研究提供了主要的现实背景。

第三类研究：主要以国外研究为主，真正关注WEF系统及WEF纽带关系，而非三个单一资源的简单叠加。这一类研究又可下分为定性研究和定量研究两类。前者起步较早，主要通过阐明水、能源、粮食三者的关联关系，即解释“nexus”的具体内涵，并以此构建三者协同框架，如李桂君建立了北京市WEF系统因果关系图，由此提出相应的政策建议。基于此，还有部分学者利用基础的WEF框架置入其他相关因子如气候变化、土地利用等构建WEF的衍生纽带关系如国际原子能机构提出的CLEW（土地—气候—能源—水）等；后者萌生于近几年，基于一定的行政或自然尺度（流域、国家等），利用系统动力学在复杂系统关联关系量化与系统结构分析等方面的优势，通过模型构建如三大子系统内部数据协整测算等对WEF系统进行定量测定或未来的静态、动态预测，如Owen利用投入—产出模型来测算英国的水、能源、粮食消费量及来源分布并进一步阐释WEF纽带关系。

1.3 应用前景

城镇化并不带有任何正负面的色彩，关键是如何应对城镇化带来的消极影响。基于WEF纽带框架的建立，大量基于WEF纽带关系的研究均在结尾讨论处提出了一定的建议以应对未来的挑战。因此，该方向研究最终目的主要是面向相应的技术提升、政策制定、资本调配等手段通过补齐短板以实现水、能源、粮食的安全及社会可持续发展等目标，如跨学科合作、部门协调、接口预留、平台共享等等，如陶云通过研究1986-2012年烟台市土地利用结构与能源消费碳排放关联测度提出了控制城市用地扩张、转换能源利用结构等建议。当然，这一方面目前的实际运用案例仍然较少。

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