基于社会经济与水环境协调目标的厦门岛土地利用预测与水环境承载力优化研究

《Sustainable Cities and Society》：Prediction of land use and optimization of water environmental carrying capacity on Xiamen Island based on socio-economic and water environmental coordination objectives

　　本文创新性地构建了DPSIR-SD-VCA集成框架，通过耦合系统动力学（SD）模型和矢量元胞自动机（VCA）模型，实现了水环境承载力（WECC）的时空动态模拟。该研究克服了传统评估方法在复杂因果关系刻画和空间单元完整性方面的局限，为高度城市化岛屿的可持续发展提供了精准决策支持。

　　

研究亮点

我们的研究亮点在于构建了一个能够同时捕捉时空动态的集成评估框架，突破了传统水环境承载力（WECC）评估的局限。

研究区域

厦门市（北纬24°23′–24°54′，东经117°53′–118°26′）位于中国东南沿海。作为厦门市的核心政治中心和闽南地区的重要经济区域，厦门岛总面积157.98平方公里，包括思明区和湖里区，并进一步划分为16个行政街道（图1）。厦门岛工业发达、人口密集，用水量大，供需矛盾突出。由于岛屿...

研究框架

图2展示了DPSIR-SD-VCA框架的示意图。本研究旨在分析和比较不同城市发展目标下的土地利用/覆被变化（LUCC）空间格局和WECC趋势。首先，我们将DPSIR概念模型应用于WECC，构建一个综合指标体系。其次，我们观察并捕捉在不同2035年发展目标情景下系统指标的 outcomes 和趋势；此过程在Vensim PLE 10.2.1中建模。随后，通过集成VCA模型，...

SD模型验证

(1) 历史验证

基于对指标体系中主要控制变量的识别，本研究使用GDP、土地总面积、总人口、总供水量以及供水投资占GDP比重等14个关键变量进行了历史验证。验证结果表明，所有关键变量的模拟误差均低于10%，证明模型输出与观测历史数据具有高度一致性，这为...

DPSIR-SD-VCA框架的优势与局限

WECC受到多情景下具有时变特征的社会经济条件、水环境以及土地利用空间格局演变的共同影响。DPSIR-SD-VCA框架有效地表征了这一复杂过程，并克服了以往WECC评估在捕捉复杂因果耦合和基于矢量的空间分配方面的局限性，进而提高了可解释性和可靠性。具体来说，我们应用DPSIR概念模型于WECC以...

结论

基于集成的DPSIR-SD-VCA框架，本研究更全面地刻画了厦门岛的WECC，特别是系统在时变条件下的复杂因果耦合及其空间分配功能。我们系统梳理并阐明了研究区2005–2020年间社会经济与水环境系统的演变特征及反馈机制；进而模拟并捕捉了其动态...