王麗川 ，侯保燈，周毓彥，陳曉清 ，王 欣 ，黃 亞

(1. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2. 廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004；3. 華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院，河南 鄭州 450046)

水、能源和糧食是城市發(fā)展的重要資源，水-能源-糧食（W-E-F）三者之間的關(guān)系作為一種新的資源管理概念被提出，受到了全球各界的廣泛關(guān)注。水資源、能源和糧食之間高度互存，協(xié)調(diào)共生，但是在發(fā)展過(guò)程中也存在潛在的問(wèn)題。目前，國(guó)外學(xué)者已經(jīng)做了大量關(guān)于W-E-F系統(tǒng)的相關(guān)研究，2011年德國(guó)舉辦了關(guān)于水-能源-糧食關(guān)聯(lián)的國(guó)際性會(huì)議，首次提出將W-E-F系統(tǒng)作為整體進(jìn)行研究，指出三種資源之間存在依存關(guān)系[1]。Bazilian等[2]通過(guò)構(gòu)建CLEW模型，綜合分析在土地利用、人口增長(zhǎng)和氣候變化等問(wèn)題下對(duì)水資源、能源和糧食進(jìn)行的系統(tǒng)研究；Hellegers等[3]研究了W-E-F相關(guān)的水政策問(wèn)題和系統(tǒng)中存在的潛在沖突；Kelly等[4]通過(guò)資源管理技術(shù)和遙感技術(shù)對(duì)W-E-F進(jìn)行了有效風(fēng)險(xiǎn)防控和綜合管理；Lucia等[5]研究了W-E-F在水資源安全前提下的跨流域協(xié)同管理辦法；Sahin等[6]應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)W-E-F進(jìn)行了量化和仿真；Guan等[7]應(yīng)用WEAP模型對(duì)大城市的W-E-F進(jìn)行了模擬并預(yù)測(cè)了未來(lái)系統(tǒng)需求；Salmoral等[8]用生命周期方法對(duì)W-E-F進(jìn)行了系統(tǒng)消費(fèi)優(yōu)勢(shì)研究。國(guó)內(nèi)學(xué)者主要關(guān)注W-E-F系統(tǒng)中兩個(gè)子系統(tǒng)之間的關(guān)系研究，對(duì)W-E-F系統(tǒng)重要性、安全及風(fēng)險(xiǎn)防范的研究也有所涉及。張杰等[9]從能源開(kāi)發(fā)效率和糧食生產(chǎn)種植中用水總量角度，對(duì)W-E-F系統(tǒng)的潛在沖突分析和協(xié)調(diào)控制進(jìn)行研究；王慧敏等[10]通過(guò)構(gòu)建“水-能源-糧食-經(jīng)濟(jì)社會(huì)”P(pán)SR模型和SD模型，提出其協(xié)同框架，對(duì)區(qū)域綠色發(fā)展進(jìn)行政策仿真研究；李良等[11]通過(guò)構(gòu)建耦合模型得到多指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，并建立系統(tǒng)與風(fēng)險(xiǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而進(jìn)行區(qū)域W-E-F系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理與評(píng)估。彭少明等[12]引入?yún)f(xié)同學(xué)原理構(gòu)建黃河流域W-E-F整體分析框架。

從現(xiàn)階段看，國(guó)內(nèi)外對(duì)W-E-F系統(tǒng)的研究大多集中在定性討論、關(guān)聯(lián)關(guān)系探究、框架構(gòu)建、風(fēng)險(xiǎn)管控和區(qū)域流域協(xié)同發(fā)展研究，在W-E-F系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展程度方向研究較少，且大多是對(duì)于省份的研究，對(duì)城市協(xié)調(diào)發(fā)展研究較少。然而隨著城市化擴(kuò)張進(jìn)程加快、人口急劇增長(zhǎng)，城市對(duì)水、糧食、能源需求會(huì)越來(lái)越多，且目前大多數(shù)城市資源短缺，城市W-E-F協(xié)調(diào)發(fā)展問(wèn)題會(huì)越來(lái)越突出?；诖?，本文以上海市為例，選取了2003—2017年的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例分析，通過(guò)構(gòu)建W-E-F系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)和耦合協(xié)調(diào)度模型，探究城市W-E-F三者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，并通過(guò)灰色預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)上海市未來(lái)8年的耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展趨勢(shì)，以期為城市W-E-F資源安全管理利用與協(xié)調(diào)綠色可持續(xù)發(fā)展提供理論參考依據(jù)。

1 資料與方法

上海市是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)中心，地處長(zhǎng)江入海口，也是我國(guó)最大的工業(yè)城市。該地區(qū)氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，面積為6 340.5萬(wàn)km2，人口為2 423萬(wàn)，為資源高強(qiáng)度流動(dòng)地區(qū)。上海市雖然屬于濱海城市，水資源總量很大，但是因?yàn)樗|(zhì)污染、人口眾多，水資源嚴(yán)重短缺，其平均水資源量為140.6 m3/人，不足全國(guó)的2/5，人均糧食占有量不足全國(guó)的1/10。上海市能源緊缺，生產(chǎn)的一次性能源為100.68萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，僅占全市能源消費(fèi)總量的1/101，其主要來(lái)源依靠外省（市）調(diào)入和進(jìn)口。隨著上海市新型工業(yè)化、城市化水平、人口急劇增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，上海市資源短缺問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，未來(lái)將面臨巨大的資源壓力。在全球氣候變化和生態(tài)文明建設(shè)的背景下，用科學(xué)的方法探究上海市W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)關(guān)系很有必要。

本文選取上海市2003—2017年W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，數(shù)據(jù)主要來(lái)自《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《上海統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)水資源公報(bào)》等。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

本文借鑒已有的研究成果[11-15]，結(jié)合W-E-F系統(tǒng)的特征，選取對(duì)各子系統(tǒng)具有代表性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。建立3個(gè)子系統(tǒng)，共28個(gè)重要指標(biāo)，構(gòu)建上海市W-E-F綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

水資源和能源子系統(tǒng)主要考慮總量、結(jié)構(gòu)和效益指標(biāo)，水資源子系統(tǒng)中，降水量、人均用水量、人均水資源量和廢水排放量反映水資源總體狀況，用水占比反映各產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的用水比例，生態(tài)占比越大，說(shuō)明產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)越合理，萬(wàn)元GDP用水量和萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量反映上海市水資源利用效率和效益。能源子系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)指標(biāo)反映了能源的使用狀況和利用結(jié)構(gòu)，效率指標(biāo)反映了能源利用效率。糧食子系統(tǒng)主要考慮與水資源、能源相關(guān)的生產(chǎn)指標(biāo)和消費(fèi)指標(biāo)。其中正向指標(biāo)對(duì)子系統(tǒng)產(chǎn)生促進(jìn)作用，其數(shù)值越大對(duì)子系統(tǒng)越有益；負(fù)向指標(biāo)對(duì)子系統(tǒng)產(chǎn)生阻礙作用，其數(shù)值越小對(duì)子系統(tǒng)越有益。

為解決單一計(jì)算權(quán)重方法的局限性，提高最終權(quán)重的準(zhǔn)確率，采用熵值法和變異系數(shù)法確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，然后取兩者平均值作為最終權(quán)重[12-16]。熵是對(duì)不確定性的一種度量，信息量與不確定性呈反比關(guān)系，熵與不確定性成正比關(guān)系。依據(jù)熵的特點(diǎn)，熵值可以用來(lái)評(píng)價(jià)某個(gè)指標(biāo)的差異程度，指標(biāo)的差異程度與該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響（權(quán)重）成正比。熵值法是一種客觀賦值方法。變異系數(shù)法是通過(guò)各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，應(yīng)用公式得到指標(biāo)的權(quán)重，是一種客觀賦權(quán)的方法。該方法的常見(jiàn)步驟是：在綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，差值較大的指標(biāo)，即指標(biāo)不易實(shí)現(xiàn)，更難體現(xiàn)被評(píng)價(jià)單位之間的差距。模型最終確定的權(quán)重見(jiàn)表1。

表 1 上海市W-E-F系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab. 1 W-E-F comprehensive evaluation index system of Shanghai

續(xù)表 1

1.2 綜合評(píng)價(jià)模型與耦合協(xié)調(diào)度模型

依據(jù)W-E-F系統(tǒng)的特征特性，構(gòu)建W-E-F系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，即：

式中：Ww、Ee、Ff分別為水資源、能源、糧食子系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；αl、βl、χl分別為各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；wl、el、fl分別為各子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化后的無(wú)量綱數(shù)值。

本文涉及3個(gè)子系統(tǒng)，分別為水資源、能源、糧食子系統(tǒng)，構(gòu)建W-E-F系統(tǒng)耦合度模型：

式中：C 為耦合度， 0 ≤C≤1.0。 當(dāng)C 處于0～0.3為低水平耦合階段，處于0.3～0.5為頡頏階段，處于0.5～0.8為磨合階段，處于0.8～1.0為高水平耦合階段。

根據(jù)W-E-F系統(tǒng)耦合度模型，可以計(jì)算出系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度 D，認(rèn)為W-E-F系統(tǒng)中子系統(tǒng)對(duì)社會(huì)發(fā)展同等重要，即η =γ=μ=1/3（η、γ、μ分別為水資源、能源、糧食子系統(tǒng)的權(quán)重），計(jì)算W-E-F系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)T ，即：

根據(jù)已有研究成果[14]，劃分W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表 2 耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)劃分Tab. 2 Types and standards of coupling and coordinated development

1.3 耦合協(xié)調(diào)度灰色預(yù)測(cè)

灰色預(yù)測(cè)模型[12,16-19]是一種基于少量不完整信息進(jìn)行預(yù)測(cè)的模型預(yù)測(cè)方法。它可以利用少量已知信息尋求系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且可以高精度地分析貧信息系統(tǒng)。因?yàn)閃-E-F系統(tǒng)會(huì)隨著各子系統(tǒng)的良性發(fā)展，耦合協(xié)調(diào)度的上升趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越平緩，并最終趨近于1，該模型就是研究具有飽和狀態(tài)的預(yù)測(cè)。建模過(guò)程如下:

式中： X(1)為由n個(gè)序列值累加生成的新序列；u為 灰作用量；a為 發(fā)展系數(shù)。

其中：

即灰色模型預(yù)測(cè)表達(dá)式為：

為了解決數(shù)據(jù)單位限制的約束，將數(shù)據(jù)無(wú)量綱化，并對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

正向指標(biāo)：

負(fù)向指標(biāo)：

式中： Xi代 表標(biāo)準(zhǔn)化后的無(wú)量綱數(shù)值；分別代表數(shù)據(jù)處理之前的原數(shù)據(jù)實(shí)際值、最小值和最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)時(shí)序分析

運(yùn)用W-E-F系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得到上海市2003—2017年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，上海市W-E-F系統(tǒng)在2003—2013年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈降低趨勢(shì)，從0.567降低至0.375，2013—2017年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈上升趨勢(shì)，從0.375上升至0.496。水資源子系統(tǒng)較不穩(wěn)定，評(píng)價(jià)指數(shù)在2003—2007年減幅較大，從0.474降至0.391，在2007—2016年呈大幅度上升趨勢(shì)，從0.310上升至0.664，在2017年出現(xiàn)異常減少現(xiàn)象，減少至0.557。糧食子系統(tǒng)呈下降趨勢(shì)，從2003年的0.626降低至2017年的0.429，在2013—2017年情況良好，呈上升趨勢(shì)。能源子系統(tǒng)在2003—2011年呈大幅度下降趨勢(shì)，從0.599降低至0.318，在2011—2017年呈大幅度上升趨勢(shì)，從0.318上升至0.504?？傮w來(lái)看，W-E-F系統(tǒng)與各子系統(tǒng)2003—2013年呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，2013—2017年呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)。

圖 1 上海市W-E-F系統(tǒng)歷年評(píng)價(jià)指數(shù)Fig. 1 Evaluation index of Shanghai W-E-F system over years

水資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)產(chǎn)生大幅度變化的原因是上海市人口在2003—2013年急劇增加，從1 766萬(wàn)增長(zhǎng)至2 415萬(wàn)，增長(zhǎng)率達(dá)37%，由于人口增長(zhǎng)迅速，生活用水總量變化較小，導(dǎo)致人均用水量的急劇減少；經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，GDP上升速度較快，總用水量變化較小，導(dǎo)致萬(wàn)元GDP用水量的減少；工業(yè)用水量減少，工業(yè)增加值上升迅速，導(dǎo)致萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量迅速減少，并且人均水資源量和廢水排放量增加，這些因素影響了水資源子系統(tǒng)。糧食子系統(tǒng)中由于人口增長(zhǎng)迅速，人均糧食產(chǎn)量大幅減少，由59.20 kg降低至41.25 kg。人均糧食消費(fèi)量和人均糧食占有量也呈降低趨勢(shì)，上海城市化進(jìn)程加快，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，農(nóng)業(yè)占比減少，導(dǎo)致糧食綜合評(píng)價(jià)指數(shù)下降較大。能源子系統(tǒng)主要由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，高耗能產(chǎn)業(yè)增加，能源消耗總量大幅度增長(zhǎng)，且產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化較大，第一產(chǎn)業(yè)占比減少，第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)占比增加。

2.2 耦合度和耦合協(xié)調(diào)度時(shí)序分析

根據(jù)本文采用的方法，結(jié)合表2，對(duì)上海市W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果如表3、圖2所示。

由表3和圖2可知上海市W-E-F系統(tǒng)在2003—2017年耦合程度較好，均為高水平耦合，且發(fā)展趨勢(shì)穩(wěn)定。W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度在2003—2013年呈下降趨勢(shì)，且下降幅度較大，從0.750降低至0.609，2013—2017呈上升趨勢(shì)，從0.609上升至0.703。2003—2005年協(xié)調(diào)類(lèi)型為中級(jí)協(xié)調(diào)，2006—2016年為初級(jí)協(xié)調(diào)，2017年上升至中級(jí)協(xié)調(diào)。從總體趨勢(shì)可以看出上海市W-E-F系統(tǒng)雖然前期呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但是從2013年開(kāi)始，上海市正朝著良好的趨勢(shì)穩(wěn)定上升，2017年從初級(jí)協(xié)調(diào)過(guò)渡到了中級(jí)協(xié)調(diào)，可見(jiàn)上海市W-E-F系統(tǒng)正逐漸恢復(fù)。

為了進(jìn)一步分析上海市W-E-F系統(tǒng)，將上海市W-E-F系統(tǒng)內(nèi)兩兩子系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。

結(jié)果表明，上海市W-E-F系統(tǒng)水能系統(tǒng)的對(duì)比系數(shù)處于0.595～1.686，平均值為1.029；能糧系統(tǒng)的對(duì)比系數(shù)處于0.590～1.778，平均值為1.103；水糧系統(tǒng)的對(duì)比系數(shù)處于0.590～1.175，平均值為0.926。根據(jù)前人的研究成果[13,17]，子系統(tǒng)之間的對(duì)比系數(shù)分為5個(gè)階段，第一階段為極度損失型，比值小于0.6；第二階段為嚴(yán)重?fù)p失型，比值大于0.6小于0.8，第三階段為較為短缺型，比值大于0.8小于1.0，第四階段為充足型，比值大于1.0小于1.5，第五階段為特別充足型，比值大于1.5。上海市水能系統(tǒng)總體呈上升趨勢(shì)，2003年為嚴(yán)重?fù)p失型，2004—2005年為極度損失型，2006—2009年為嚴(yán)重?fù)p失型，2010年為較為短缺型，2011—2013、2017年為充足型，2016年為特別充足型；能糧系統(tǒng)2003、2004、2006年為嚴(yán)重?fù)p失型，2005年為極度損失型，2007—2009年為較為短缺型，2010—2013、2017年為充足型，2014—2016年為特別充足型；水糧系統(tǒng)較為穩(wěn)定，僅有2008年為嚴(yán)重?fù)p失型，2003—2004、2006—2007、2009—2015年為較為短缺型，2016—2017年為充足型。可見(jiàn)，雖然由于2017年受能源波動(dòng)導(dǎo)致水能、能糧子系統(tǒng)降低，但是上海市W-E-F系統(tǒng)各子系統(tǒng)間的耦合度正朝著良性趨勢(shì)發(fā)展。

表 3 2003—2017年上海市W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型Tab. 3 Types of W-E-F system coupling and coordinated development in Shanghai from 2003 to 2017

圖 2 2003—2017年上海市耦合度和耦合協(xié)調(diào)度Fig. 2 Shanghai coupling degree and coupling co-scheduling from 2003 to 2017

應(yīng)用本文的耦合協(xié)調(diào)度模型，計(jì)算上海市W-E-F系統(tǒng)子系統(tǒng)間耦合度和耦合協(xié)調(diào)度，如圖3和4所示。

圖 3 2003—2017年上海市W-E-F系統(tǒng)子系統(tǒng)間耦合度Fig. 3 Coupling degree between subsystems of W-E-F system in Shanghai from 2003 to 2017

圖 4 2003—2017年上海市W-E-F系統(tǒng)子系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)度Fig. 4 Coupling and cooperative scheduling among subsystems of W-E-F system in Shanghai from 2003 to 2017

由圖3可知，2003—2017年上海市W-E-F系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間耦合度均為高水平耦合，雖然有不同程度的下降，但均大于0.960，處于0.960～1.000。其中，水能子系統(tǒng)的耦合度處于0.960～0.999，平均值為0.986；水糧子系統(tǒng)的耦合度處于0.967～1.000，平均值為0.984；能糧子系統(tǒng)的耦合度處于0.983～1.000，平均值為0.997，耦合度相對(duì)較大，波動(dòng)最為平緩。由于水資源子系統(tǒng)波動(dòng)幅度較大，導(dǎo)致水能系統(tǒng)和水糧系統(tǒng)波動(dòng)較大。因此水能系統(tǒng)和水糧系統(tǒng)與W-E-F系統(tǒng)最為接近。

由圖4可知，2003—2017年上海市W-E-F系統(tǒng)與水能、水糧、能糧系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度時(shí)序發(fā)展趨勢(shì)較為一致，均在2003—2013年呈下降趨勢(shì)，2013—2017年呈上升趨勢(shì)。其中，水能系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度處于0.606～0.730，平均值為0.671；水糧系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度處于0.626～0.738，平均值為0.686；能糧系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度處于0.778～0.800，平均值為0.680。由于上海市2003—2013年人口屬于劇烈增加期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，水資源和糧食子系統(tǒng)的波動(dòng)幅度較為劇烈，導(dǎo)致資源緊缺，各子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度持續(xù)降低，2013—2017年人口增長(zhǎng)相對(duì)平緩，資源逐漸充足，各子系統(tǒng)間快速發(fā)展，因此W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度持續(xù)上升。

2.3 耦合協(xié)調(diào)度灰色預(yù)測(cè)

采用灰色GM (1, 1)模型，考慮到2003—2017年上海市W-E-F系統(tǒng)分為兩個(gè)發(fā)展階段，即2003—2013年為降低階段，2014—2017年為發(fā)展階段，且2012年有明顯的良性發(fā)展趨勢(shì)，采用2003—2008年上海市數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集，將2009—2013年數(shù)據(jù)作為測(cè)試集對(duì)模型效果進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表4所示。采用2011—2017年上海市數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)2018—2025年上海市的耦合協(xié)調(diào)度，如圖5所示。

由表4可以看出預(yù)測(cè)集與訓(xùn)練集數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果誤差介于0.001～0.035，平均誤差為0.018，預(yù)測(cè)結(jié)果較好，準(zhǔn)確度較高。由圖5可以看出2018—2025上海市耦合協(xié)調(diào)度持續(xù)升高，呈直線(xiàn)上升趨勢(shì)，耦合協(xié)調(diào)度從0.727上升至0.877，平均增長(zhǎng)率為0.027，且增長(zhǎng)速率穩(wěn)定，2018—2021年為中級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)，2022—2025年發(fā)展至良好協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)，即將達(dá)到優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)。整體來(lái)看上海市W-E-F系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展較快，耦合協(xié)調(diào)度穩(wěn)定升高。因此，未來(lái)在保持現(xiàn)有發(fā)展優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，需要不斷關(guān)注水資源、糧食和能源的發(fā)展，提高資源利用效率，保證糧食的安全生產(chǎn)，也要注重各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展。

表 4 預(yù)測(cè)結(jié)果有效性檢驗(yàn)Tab. 4 Validity test of prediction results

圖 5 上海市W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度預(yù)測(cè)Fig. 5 Prediction of W-E-F system coupling coordination degree in Shanghai

3 結(jié) 語(yǔ)

水資源、能源和糧食作為我國(guó)重要的自然資源，在城市發(fā)展過(guò)程中起著重要作用。構(gòu)建了2003—2017年上海市W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度模型，得到上海市耦合度和耦合協(xié)調(diào)度演化規(guī)律，從結(jié)果上看，上海市表現(xiàn)出對(duì)城市W-E-F系統(tǒng)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義的演化特征。

（1）從上海市W-E-F系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)可知，上海市W-E-F系統(tǒng)協(xié)調(diào)演化呈“U”型，發(fā)展趨勢(shì)為兩個(gè)階段，第一階段為2003—2013年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)降低階段，第二階段為2013—2017年綜合評(píng)價(jià)指數(shù)穩(wěn)定發(fā)展階段。第一階段由于上海市人口增長(zhǎng)迅速，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，導(dǎo)致各子系統(tǒng)呈下降趨勢(shì)，第二階段上海市人口趨近飽和，增長(zhǎng)平緩，各子系統(tǒng)呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)。盡管每個(gè)子系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的，但是3個(gè)系統(tǒng)指標(biāo)具有明顯的相關(guān)性，提高每個(gè)子系統(tǒng)的發(fā)展水平將有助于W-E-F系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（2）上海市W-E-F系統(tǒng)一直處于高水平耦合階段，標(biāo)志著各子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)程度較好，且耦合協(xié)調(diào)度自2013年一直呈穩(wěn)態(tài)上升，至2017年耦合協(xié)調(diào)度過(guò)渡到中級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)，并在未來(lái)2025年呈良好協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)，通過(guò)上海市協(xié)調(diào)演化特征規(guī)律說(shuō)明上海市W-E-F系統(tǒng)總體保持良好趨勢(shì)，且上升空間較大。

（3）從上海市城市發(fā)展規(guī)律可以得知，由于城市化擴(kuò)張的進(jìn)程加快，城市發(fā)展初期經(jīng)濟(jì)和人口增長(zhǎng)迅速，導(dǎo)致各資源嚴(yán)重短缺，各子系統(tǒng)發(fā)展均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度較低，當(dāng)城市發(fā)展逐漸平穩(wěn)，各子系統(tǒng)發(fā)展呈上升趨勢(shì)，W-E-F系統(tǒng)呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)，且發(fā)展空間、增長(zhǎng)速度較大。

（4）城市在發(fā)展中各系統(tǒng)耦和協(xié)調(diào)波動(dòng)性較大，因此在注重城市化建設(shè)的同時(shí)，也要完善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高能源和資源的利用效率，加強(qiáng)資源綜合管理，防止城市在高速發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)資源失衡現(xiàn)象。