王 雨，王會(huì)肖，楊雅雪，李紅芳

(北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875)

作為人類(lèi)生存和發(fā)展不可或缺的資源，水資源、能源和糧食三者之間存在著緊密而復(fù)雜的聯(lián)系，任一要素的波動(dòng)都會(huì)對(duì)其他要素帶來(lái)影響[1]。2011年1月，世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布的《全球風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告》提出了“水-能源-糧食風(fēng)險(xiǎn)群”的概念，并將其列為全球三大風(fēng)險(xiǎn)群之一[2]。同年11 月，德國(guó)聯(lián)邦政府在波恩召開(kāi)的國(guó)際性會(huì)議首次將水安全、能源安全和糧食安全之間的關(guān)系總結(jié)為一種“紐帶關(guān)系”(WEF Nexus)，并指出這3種資源間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系，尤其是在生產(chǎn)、消耗與管理過(guò)程中普遍存在權(quán)衡取舍與潛在沖突，任意基于單一資源的戰(zhàn)略都將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的不可預(yù)期的后果[3]。之后，WEF Nexus的概念得到了不同機(jī)構(gòu)與組織的關(guān)注，其內(nèi)在機(jī)理被逐漸闡明，同時(shí)WEF Nexus在多領(lǐng)域的可應(yīng)用性也成為研究熱點(diǎn)之一。例如，聯(lián)合國(guó)亞太經(jīng)濟(jì)與社會(huì)理事會(huì)(UNESCAP)在2013年發(fā)布了《亞太地區(qū)水-糧食-能源紐帶關(guān)系報(bào)告》，提出了WEF在時(shí)間和空間上具有緊密聯(lián)系的特征[4]；Pittock等[5]研究了在集中生態(tài)環(huán)境與社會(huì)變化的影響下，WEF關(guān)系的動(dòng)態(tài)變化與應(yīng)對(duì)策略；亞洲開(kāi)發(fā)銀行(ADB)從水資源管理的角度，提出WEF Nexus的復(fù)雜性要求我們提高水治理水平，改變粗放的水資源開(kāi)發(fā)利用情況[6]；聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)在2014年從糧食安全角度對(duì)WEF Nexus進(jìn)行了闡述，并從保障糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度分析了如何采用WEF Nexus方法進(jìn)行決策[7]。

雖然學(xué)者們對(duì)WEF Nexus進(jìn)行了諸多探討，嘗試從不同角度、采用多種方法展開(kāi)理論探討與實(shí)證檢驗(yàn)[8-12]，但關(guān)于WEF Nexus的研究仍處于起步階段[13]。相較于國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)于WEF Nexus的研究則相對(duì)滯后，缺乏探索性的研究成果，正逐漸完成從定性研究階段[14-17]向定量研究階段[18-19]的過(guò)渡，并致力于尋求面向多資源協(xié)同安全的解決方案與保障技術(shù)。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(system dynamics，SD)是由美國(guó)麻省理工學(xué)院福瑞斯特教授在1956 年創(chuàng)立[20]的分析和研究信息反饋行為和結(jié)構(gòu)的科學(xué)，是模擬社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為的計(jì)算機(jī)技術(shù)，也是管理系統(tǒng)科學(xué)的重要組成部分[21-23]。它強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)、整體的，以及聯(lián)系、發(fā)展、運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，結(jié)合定性與定量分析，借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來(lái)分析研究系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)行為的關(guān)系，尋求解決問(wèn)題的對(duì)策[24]，易于解決經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境等方面具有高階次、非線性、復(fù)雜時(shí)變特點(diǎn)的系統(tǒng)問(wèn)題，被譽(yù)為“戰(zhàn)略與決策實(shí)驗(yàn)室”[25]。國(guó)內(nèi)外研究成果表明，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)于WEF Nexus的刻畫(huà)具有很好的適應(yīng)性[26]。本文采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，建立了黑龍江省水-能源-糧食紐帶關(guān)系仿真模型，對(duì)2010—2017年黑龍江省水資源、能源和糧食的生產(chǎn)與消費(fèi)進(jìn)行模擬，并通過(guò)設(shè)置和對(duì)比4種不同的發(fā)展方案，探究黑龍江省水-能源-糧食合理的配置方案，為該地區(qū)的水-能源-糧食資源配置提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 黑龍江省水-能源-糧食現(xiàn)狀分析

1.1 水資源現(xiàn)狀

黑龍江省位于中國(guó)東北部，面積47.3萬(wàn)km2(含加格達(dá)奇區(qū)和松嶺區(qū))，屬于寒溫帶與溫帶大陸性季風(fēng)氣候。黑龍江省的年降水量一般在400～650 mm之間，且降水的季節(jié)特征較為明顯，夏季雨水充沛，冬季干燥少雨，夏季降水量占全年降水量的60%以上[27]。

黑龍江省江河縱橫，湖泊眾多，全省流域面積在50 km2以上的河流有1 918條，多年平均水資源量為810.3億m3，居北方各省之首。但黑龍江省的水資源量和人均水資源量(2017年為1 959.6 m3)仍低于全國(guó)平均水平，屬于水資源缺乏的省份。如果不及時(shí)對(duì)水資源進(jìn)行合理配置，黑龍江省原本不豐富的水資源可能會(huì)更加缺乏。

1.2 能源現(xiàn)狀

黑龍江省是國(guó)家重要的能源工業(yè)基地，能源資源相對(duì)富集，品種較為齊全。主要特點(diǎn)為多煤、多油、少氣。東部的優(yōu)質(zhì)煤炭產(chǎn)區(qū)，是中國(guó)煤油焦煤的重要產(chǎn)區(qū)之一。省內(nèi)有目前中國(guó)最大的油田——大慶油田。除此之外，電力和燃?xì)庖舱加兄匾匚弧?/p>

雖然黑龍江省的能源稟賦較好，但由于能源資源開(kāi)采程度的限制，黑龍江省的原煤供應(yīng)已從2010年的6 899.8萬(wàn)t(標(biāo)準(zhǔn)煤，下同)下降到2017年的4 256.0萬(wàn)t，原油供應(yīng)量也呈現(xiàn)出了逐年下降的趨勢(shì)。與此同時(shí)，能源消費(fèi)總量持續(xù)增長(zhǎng)，其中原煤消費(fèi)量已從2010年的7 621.8萬(wàn)t增長(zhǎng)到2017年的8 683.1萬(wàn)t?，F(xiàn)階段，黑龍江省的能源供給格局尚未得到根本轉(zhuǎn)變，能源發(fā)展的一些薄弱環(huán)節(jié)和不容忽視的問(wèn)題，如開(kāi)發(fā)成本高、利用效率過(guò)低[28]、能源結(jié)構(gòu)性矛盾、在能源開(kāi)發(fā)和利用過(guò)程中的生態(tài)環(huán)境污染等迫切需要加以解決。如果不能改變目前以重工業(yè)為主的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，以及控制能耗、進(jìn)行能源的綜合利用，挖掘可再生能源的利用潛力，黑龍江省的能源供需缺口可能將持續(xù)擴(kuò)大。

1.3 糧食現(xiàn)狀

作為中國(guó)重要的商品糧基地，截止至2017年，黑龍江省耕地面積1 586.6萬(wàn)hm2，約占全省總面積的35.1%，其中有效灌溉面積為603.1萬(wàn)hm2。近5年，黑龍江省的糧食總產(chǎn)量和人均糧食產(chǎn)量均為全國(guó)第一，為國(guó)家的糧食安全做出了貢獻(xiàn)。2017年，黑龍江省糧食總產(chǎn)量7 410.3萬(wàn)t，約占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的11.2%。人均糧食產(chǎn)量為1 956 kg。水稻、玉米、大豆3大作物等在黑龍江省糧食生產(chǎn)安全中占據(jù)重要地位[29]。

雖然目前黑龍江省的糧食安全已達(dá)到較高水平，但未來(lái)仍面臨著一系列挑戰(zhàn)：與糧食總產(chǎn)量相比，單位面積糧食產(chǎn)量仍有提高的空間；部分地區(qū)超采地下水嚴(yán)重，2017年，黑龍江省的農(nóng)田灌溉用水中地下水占比達(dá)47.4%，需發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)加以控制；農(nóng)業(yè)灌溉面積的增加會(huì)加劇部分區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不協(xié)調(diào)性，如果不能穩(wěn)定提高糧食綜合生產(chǎn)能力[30]，平衡水資源與糧食之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，以目前的可灌溉面積不足以維持現(xiàn)在的糧食安全水平。

2 WEF Nexus系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

2.1 研究邊界

由于WEF Nexus涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的因素，其內(nèi)部的相互關(guān)系比較復(fù)雜，因此，開(kāi)展對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)的研究，明確地定義研究的邊界十分重要。本文從資源安全性出發(fā)，設(shè)置水資源、能源和糧食3個(gè)子系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 模型子系統(tǒng)組成及主要互饋關(guān)系

各個(gè)子系統(tǒng)之間，主要考慮的關(guān)系包括：化石能源(石油、煤炭、天然氣)在開(kāi)采和加工過(guò)程中，以及生物質(zhì)能在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)水資源的消費(fèi)；糧食(小麥、玉米、大豆、水稻)在生產(chǎn)過(guò)程中，以及食品加工過(guò)程中對(duì)水資源的消費(fèi)；生物質(zhì)能生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)糧食(玉米)的消費(fèi)；水的生產(chǎn)和供應(yīng)過(guò)程對(duì)能源(石油、煤炭、電力)的消費(fèi)；糧食加工過(guò)程對(duì)能源(石油、煤炭、電力)的消費(fèi)。其中，引入能源政策因素作為對(duì)能源子系統(tǒng)的擾動(dòng)因素。主要的模型變量見(jiàn)表1。

表1 模型變量

圖2 黑龍江省WEF Nexus系統(tǒng)存量流量圖

2.2 模型構(gòu)建

2.2.1構(gòu)建思路

模型構(gòu)建主要分為因果關(guān)系圖構(gòu)建和存量流量圖構(gòu)建兩部分。其中因果關(guān)系圖由兩個(gè)或兩個(gè)以上的因果鏈組成的因果回路表達(dá)[24]，多用于構(gòu)思模型的初始階段，能夠直觀地描述模型的結(jié)構(gòu)[31]，便于進(jìn)一步用流圖刻畫(huà)模型。

存量流量圖簡(jiǎn)稱(chēng)流圖，是在因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上進(jìn)一步區(qū)分變量的性質(zhì)，用符號(hào)刻畫(huà)系統(tǒng)要素之間的邏輯關(guān)系，明確系統(tǒng)的反饋形式和控制規(guī)律的圖形表示法[24]。它與因果關(guān)系圖最直觀的區(qū)別是，流圖具有表示狀態(tài)變量、源和匯以及輸入流和輸出流的特殊符號(hào)。模型的存量流量圖見(jiàn)圖2。

水資源子系統(tǒng)由全年實(shí)際供水量和全年總用水需求量構(gòu)成，其中全年實(shí)際供水量分為地表水供水量、地下水供水量和其他水源供水量3部分，全年總用水需求量分為工業(yè)需水量、居民生活需水量、城鎮(zhèn)公共需水量、生態(tài)環(huán)境需水量、林牧漁畜需水量和農(nóng)田灌溉需水量6部分。其中農(nóng)田灌溉需水量起到了銜接水資源子系統(tǒng)和糧食子系統(tǒng)的作用。在工業(yè)需水量部分，通過(guò)影子變量銜接糧食子系統(tǒng)和能源子系統(tǒng)。

能源子系統(tǒng)由能源生產(chǎn)量、能源消費(fèi)量和能源凈調(diào)出量構(gòu)成。為了研究生物質(zhì)能在能源子系統(tǒng)和糧食子系統(tǒng)之間的流通，將生物質(zhì)能生產(chǎn)量作為能源生產(chǎn)量中獨(dú)立的一部分。其余能源生產(chǎn)量為原煤生產(chǎn)量、原油生產(chǎn)量、天然氣生產(chǎn)量、其他能源生產(chǎn)量(排除生物質(zhì)能部分)。能源消費(fèi)量分為農(nóng)林牧漁能源消費(fèi)量、第二產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)量、第三產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)量、生活能源消費(fèi)量和能源加工轉(zhuǎn)換損失量5部分，其中第二產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)量單獨(dú)考慮水的生產(chǎn)和供應(yīng)耗能以及糧食加工耗能。

糧食子系統(tǒng)由糧食生產(chǎn)量、糧食消費(fèi)量和糧食凈調(diào)出量構(gòu)成，考慮水稻、小麥、玉米和大豆這4種黑龍江省主要糧食作物的生產(chǎn)和口糧消費(fèi)、飼料糧食消費(fèi)、工業(yè)糧食消費(fèi)以及種子糧食消費(fèi)。其中口糧消費(fèi)包括城鎮(zhèn)口糧消費(fèi)和在農(nóng)村口糧消費(fèi)兩部分，飼料糧食消費(fèi)包括牲畜耗糧、家禽耗糧和漁業(yè)耗糧3部分，工業(yè)糧食消費(fèi)僅考慮生物質(zhì)能耗糧和酒類(lèi)的生產(chǎn)耗糧，種子糧食消費(fèi)由糧食種植面積和單位種子用糧決定。

表2 模型檢驗(yàn)

2.2.2變量與公式

根據(jù)存量流量圖中變量關(guān)系構(gòu)建的方程是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的重要組成部分。黑龍江省WEF Nexus系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型包含113個(gè)變量，其中，3個(gè)狀態(tài)變量的值由積分方程得出，例如，糧食庫(kù)存=INTEG(糧食生產(chǎn)量-糧食消費(fèi)量-糧食凈調(diào)出量，0)。其余變量之間的輔助方程，均遵循真實(shí)系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，例如，城鎮(zhèn)居民生活需水量=城鎮(zhèn)人口×城鎮(zhèn)居民生活用水定額×365/1 000。

2.2.3模型時(shí)間設(shè)置與假設(shè)

考慮到模型預(yù)測(cè)的不確定性，僅對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行模擬。設(shè)置模型的初始時(shí)間為2010年，結(jié)束時(shí)間為2017年，時(shí)間步長(zhǎng)為1 a。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行情景設(shè)置，探究不同的發(fā)展模式對(duì)黑龍江省水-能源-糧食系統(tǒng)可能帶來(lái)的影響。

作為對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的客觀反映，為了保證模型的簡(jiǎn)潔性，需對(duì)模型進(jìn)行必要的假設(shè)。模型的主要假設(shè)如下：對(duì)于水資源子系統(tǒng)，僅考慮水資源的供需(結(jié)果)，不考慮調(diào)入調(diào)出(過(guò)程)。對(duì)于能源子系統(tǒng)，能源的消費(fèi)不計(jì)類(lèi)別，只計(jì)總量。對(duì)于糧食子系統(tǒng)：①糧食凈調(diào)出量與糧食總生產(chǎn)量呈線性關(guān)系；②白酒產(chǎn)量和啤酒產(chǎn)量保持不變；③居民在外就餐糧食占比保持不變；④糧食損耗保持不變；⑤單位種子用糧(水稻、小麥、玉米、大豆)保持不變。關(guān)于庫(kù)存，區(qū)別于真實(shí)庫(kù)存，初始庫(kù)存設(shè)置為0，從2010年開(kāi)始累積，用以表示研究時(shí)段內(nèi)水資源、能源或糧食的累積盈余或虧損情況。

2.3 模型檢驗(yàn)

選取2010—2017年研究區(qū)域內(nèi)居民生活需水量、能源消費(fèi)量和糧食產(chǎn)量的模擬值和實(shí)際值進(jìn)行比較，以驗(yàn)證模型的可靠性和準(zhǔn)確性，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)模擬值與實(shí)際值基本吻合，除了2010年的能源消費(fèi)量的相對(duì)誤差稍高(不同電廠實(shí)際發(fā)電煤耗不同，這里統(tǒng)一采用的電力標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)為4.04 t/(萬(wàn)kW·h)，因此可能與實(shí)際值有偏差，但不影響能源庫(kù)存的變化趨勢(shì))，其余相對(duì)誤差的絕對(duì)值均小于10%，滿(mǎn)足模型的精度要求，具有較高的可靠性。

為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，設(shè)置3種仿真步長(zhǎng)Δt=1 a、0.5 a和0.25 a，選取水資源庫(kù)存、能源庫(kù)存和糧食庫(kù)存的模擬值進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖3?？梢钥闯觯诓煌瑫r(shí)間步長(zhǎng)的條件下，水資源庫(kù)存、能源庫(kù)存和糧食庫(kù)存模擬值的變化趨勢(shì)基本一致，因此模型的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。綜上所述，可以認(rèn)為所用模型滿(mǎn)足建模要求，能夠用于實(shí)際模擬與政策分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 參數(shù)靈敏度分析

為了更直觀地表示水資源庫(kù)存、能源庫(kù)存和糧食庫(kù)存的影響程度，對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)靈敏度分析。模型靈敏度S的計(jì)算公式為

(1)

式中：X0和Q0分別為初始條件下參數(shù)和狀態(tài)變量的值；ΔX和ΔQ分別為參數(shù)改變量的絕對(duì)值和參數(shù)改變引起的狀態(tài)變量改變量的絕對(duì)值。

圖3 不同時(shí)間步長(zhǎng)的庫(kù)存運(yùn)行結(jié)果對(duì)比

圖4 參數(shù)靈敏度分析結(jié)果柱狀圖

檢驗(yàn)3個(gè)狀態(tài)變量(水資源庫(kù)存、能源庫(kù)存和糧食庫(kù)存)對(duì)各參數(shù)的靈敏度，分析結(jié)果見(jiàn)圖4(圖中各參數(shù)依次為：全年實(shí)際供水量、地表水供水量、地下水供水量、農(nóng)田灌溉需水量、全年總需水量、水稻種植面積、小麥種植面積、玉米種植面積、大豆種植面積、糧食生產(chǎn)量、能源生產(chǎn)量、其他能源生產(chǎn)量、能源消費(fèi)量)。其中，能源生產(chǎn)量、糧食生產(chǎn)量、全年總需水量、能源消費(fèi)量、農(nóng)田灌溉需水量、水稻種植面積、地下水供水量、玉米種植面積和地表水供水量9個(gè)參數(shù)的靈敏度均大于0.1，可作為情景方案設(shè)計(jì)的決策變量。

3.2 情景設(shè)置

選擇靈敏度分析中對(duì)系統(tǒng)影響較大的9個(gè)參數(shù)和5個(gè)能在模型中反映現(xiàn)實(shí)政策變化的參數(shù)(農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)、城鎮(zhèn)居民生活用水定額、農(nóng)村居民生活用水定額、其他工業(yè)產(chǎn)業(yè)需水量和用餐節(jié)約系數(shù))作為決策變量，通過(guò)調(diào)整決策變量的大小，設(shè)置不同的發(fā)展方案，來(lái)模擬研究區(qū)在不同模式下2010—2017年的發(fā)展情況。具體方案設(shè)置如下：

方案1常規(guī)發(fā)展方案。保持所有模型變量的參數(shù)不變，是其他發(fā)展方案的對(duì)比基礎(chǔ)。

方案2嚴(yán)格規(guī)劃方案。嚴(yán)格按照《黑龍江省水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《黑龍江省能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《黑龍江省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》對(duì)資源量及相關(guān)系數(shù)的約束，對(duì)常規(guī)發(fā)展模式下超出規(guī)劃的部分進(jìn)行制約，使資源的供給和消費(fèi)剛好符合規(guī)劃要求。調(diào)整的參數(shù)有全年總需水量、水稻種植面積、地下水供水量、玉米種植面積和地表水供水量。

方案3強(qiáng)化發(fā)展方案。盡可能地使資源的生產(chǎn)和消費(fèi)在不過(guò)分偏離“十三五”規(guī)劃要求的基礎(chǔ)上追求高效益發(fā)展。調(diào)整的參數(shù)有能源生產(chǎn)量、能源消費(fèi)量、水稻種植面積、玉米種植面積、地表水供水量和農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

方案4保守節(jié)約方案。以保障不過(guò)度支出為前提，一方面通過(guò)改進(jìn)技術(shù)，改善供水結(jié)構(gòu)，充分開(kāi)發(fā)利用地表水資源，合理減少地下水開(kāi)采，并提高用水效率，另一方面通過(guò)教育宣傳，調(diào)整用水定額，提高餐桌節(jié)約效率，雙向約束資源消費(fèi)。調(diào)整的參數(shù)有水稻種植面積、地下水供水量、地表水供水量、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)、城鎮(zhèn)居民生活用水定額、農(nóng)村居民生活用水定額、其他工業(yè)產(chǎn)業(yè)需水量和用餐節(jié)約系數(shù)。

3.3 仿真結(jié)果分析

在模型中分別輸入4種發(fā)展方案的參數(shù)，得到不同發(fā)展方案下的仿真結(jié)果。選取較能代表黑龍江省水-能源-糧食安全狀況的水資源庫(kù)存、能源庫(kù)存和糧食庫(kù)存和資源的供需平衡比的仿真結(jié)果作對(duì)比分析。

3.3.1水資源庫(kù)存變化趨勢(shì)

圖5為不同發(fā)展方案下的水資源庫(kù)存變化趨勢(shì)和水資源供需平衡比變化趨勢(shì)。可以看出，除了嚴(yán)格規(guī)劃方案，其他3種發(fā)展方案下黑龍江省的水資源都會(huì)延續(xù)供需較不平衡的嚴(yán)峻狀況。在嚴(yán)格規(guī)劃方案下，研究區(qū)的水資源供需平衡比在2011年便上升至1.034，與此同時(shí)其他3種發(fā)展方案下的水資源供需平衡比均在0.85以下，雖然自2012年起水資源供需平衡比有小幅上升趨勢(shì)，但始終在0.9以下，與嚴(yán)格規(guī)劃方案仍存在16%～31%的差距，差距較為明顯，說(shuō)明“十三五”規(guī)劃對(duì)水資源供給與消費(fèi)雙約束的效果十分顯著，這種增益效果甚至比改進(jìn)技術(shù)和在終端節(jié)約資源(保守節(jié)約方案)更為顯著。這進(jìn)一步說(shuō)明了國(guó)家宏觀調(diào)控的必要性。另外，常規(guī)發(fā)展方案下水資源供需平衡比最小，表明采取資源措施至少會(huì)帶來(lái)一定的緩解效果。

圖5 不同發(fā)展方案下的水資源庫(kù)存與供需平衡比變化趨勢(shì)

3.3.2能源庫(kù)存變化趨勢(shì)

圖6為不同發(fā)展方案下的能源庫(kù)存變化趨勢(shì)和能源供需平衡比變化趨勢(shì)。由圖6可以看出，在研究時(shí)段內(nèi)，4種發(fā)展方案下黑龍江省的能源庫(kù)存均小于0(不包括研究時(shí)段起點(diǎn))。其中，強(qiáng)化發(fā)展方案下的能源消耗最為明顯，能源庫(kù)存在2010—2016年呈遞減趨勢(shì)，年均降幅約33%。值得注意的是，該方案下的能源庫(kù)存在2017年有增幅約13%的回升，并且在2014年第4季度能源供需平衡比與其他3種發(fā)展方案產(chǎn)生交點(diǎn)，這意味著在2015年之后，強(qiáng)化發(fā)展方案下的能源供需比比其他3種發(fā)展方案要高，但仍小于1。結(jié)合圖6(a)(b)可以發(fā)現(xiàn)，雖然常規(guī)發(fā)展方案、嚴(yán)格規(guī)劃方案和保守節(jié)約方案能夠使黑龍江省的能源庫(kù)存維持一種“不會(huì)變得更危險(xiǎn)的穩(wěn)定狀態(tài)”，但實(shí)際上自2011年起能源供需比已經(jīng)在動(dòng)蕩下跌(年均降幅5%)，如果不及時(shí)采取更加合理的對(duì)應(yīng)措施，黑龍江省的能源供需平衡將難以維持。從另一個(gè)角度來(lái)看，無(wú)論是強(qiáng)化發(fā)展方案，還是其他3種方案，黑龍江省的能源安全都無(wú)法保證，但能源庫(kù)存和能源供需平衡比的變化情況至少提供了一個(gè)新的思路：既要合理控制能源的終端使用，也要積極開(kāi)發(fā)以生物質(zhì)燃料為代表的新型能源來(lái)增加供給，同時(shí)提高使用效率，減少加工轉(zhuǎn)換損失。

圖6 不同發(fā)展方案下的能源庫(kù)存與供需平衡比變化趨勢(shì)

圖7 不同發(fā)展方案下的糧食庫(kù)存與供需平衡比變化趨勢(shì)

3.3.3糧食庫(kù)存變化趨勢(shì)

圖7為不同發(fā)展方案下的糧食庫(kù)存變化趨勢(shì)和糧食供需平衡比變化趨勢(shì)。無(wú)論采取哪種發(fā)展方案，黑龍江省的糧食庫(kù)存整體都是逐年增加的，糧食供需平衡比均大于1，雖有波動(dòng)但總體上有穩(wěn)定在2.2左右的趨勢(shì)。其中，保守節(jié)約方案下的糧食庫(kù)存和糧食供需平衡比最大，說(shuō)明通過(guò)推廣餐桌節(jié)約觀念和限制定額約束水能糧消費(fèi)對(duì)黑龍江省的糧食安全有一定的正向促進(jìn)作用。另外，相較水資源庫(kù)存和能源庫(kù)存，4種方案下的糧食庫(kù)存差別不大，最大值與最小值相差僅為2%(相應(yīng)的水資源庫(kù)存為107%，能源庫(kù)存為96%)，這表明黑龍江省的糧食安全較為穩(wěn)定，不易受外部條件改變的影響。

4 結(jié) 論

a. 黑龍江省的水資源安全形勢(shì)較為嚴(yán)峻，采取強(qiáng)化發(fā)展方案和保守節(jié)約方案雖然能小幅改善現(xiàn)狀，但效果不如嚴(yán)格規(guī)劃方案顯著。

b. 黑龍江省的能源潛力在現(xiàn)階段巨大的能源消費(fèi)量面前仍不容樂(lè)觀，如果不加以控制，未來(lái)的能源供應(yīng)將無(wú)法保證其消費(fèi)。雖然在4種發(fā)展方案中，強(qiáng)化發(fā)展方案下的能源消耗最為明顯，但綜合看來(lái)，傳統(tǒng)的“節(jié)流”措施可能無(wú)法保障能源供需差額有效縮小，未來(lái)應(yīng)以合理“開(kāi)源”作為突破口，注重生物質(zhì)能等新型能源的開(kāi)發(fā)利用，同時(shí)提高能源使用效率。

c. 黑龍江省的糧食安全較為穩(wěn)定，且推廣餐桌節(jié)約觀念和限制定額約束水能糧消費(fèi)具有一定的正面效果。現(xiàn)階段可以在保證不破壞糧食生產(chǎn)的條件下，優(yōu)先考慮水資源和能源優(yōu)化配置。

d. 無(wú)論采取哪種發(fā)展方案，都難以實(shí)現(xiàn)完美的水-能源-糧食系統(tǒng)安全，在未來(lái)發(fā)展中應(yīng)盡可能發(fā)揮多種發(fā)展方案的優(yōu)勢(shì)，依據(jù)“十三五”規(guī)劃對(duì)水資源供給與消費(fèi)進(jìn)行有合理的雙重約束，同時(shí)兼顧新型能源的開(kāi)發(fā)利用，并提高居民的餐桌節(jié)約意識(shí)，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)發(fā)展方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)三者紐帶關(guān)系的動(dòng)態(tài)平衡。