長江經(jīng)濟(jì)帶“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性評價及空間關(guān)聯(lián)特征

摘要 為應(yīng)對全球氣候變化和資源環(huán)境壓力，研究水資源、能源和碳排放（水-能-碳）系統(tǒng)間的復(fù)雜作用關(guān)系和適應(yīng)性水平，對促進(jìn)“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”協(xié)調(diào)發(fā)展和推動經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論，界定“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性內(nèi)涵，建立“水-能-碳”系統(tǒng)交互適應(yīng)性框架，從敏感性、穩(wěn)定性、兼容性和可持續(xù)性4個子系統(tǒng)構(gòu)建系統(tǒng)適應(yīng)性評價指標(biāo)體系，運(yùn)用綜合協(xié)同進(jìn)化模型評價2010—2021年長江經(jīng)濟(jì)帶“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性水平，探究長江經(jīng)濟(jì)帶“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性的時空演變規(guī)律。結(jié)果表明：①從系統(tǒng)適應(yīng)性影響權(quán)重來看，子系統(tǒng)權(quán)重排序?yàn)椋嚎沙掷m(xù)性gt;穩(wěn)定性gt;兼容性gt;敏感性。②從指標(biāo)適應(yīng)性來看，各指標(biāo)絕對適應(yīng)性大于相對適應(yīng)性。從子系統(tǒng)適應(yīng)性來看，敏感性水平呈穩(wěn)定發(fā)展趨勢，兼容性和穩(wěn)定性水平呈上升趨勢，可持續(xù)性水平呈下降趨勢；從省際適應(yīng)性來看，各省系統(tǒng)適應(yīng)性差距較大且呈“下游gt;中游gt;上游”的不均衡態(tài)勢；從整體適應(yīng)性來看，長江經(jīng)濟(jì)帶系統(tǒng)適應(yīng)性處于中等水平且呈“U”型發(fā)展趨勢。③從子系統(tǒng)適應(yīng)性協(xié)調(diào)水平來看，敏感性協(xié)調(diào)程度保持穩(wěn)定，兼容性和可持續(xù)性協(xié)調(diào)程度不斷上升，穩(wěn)定性協(xié)調(diào)程度有所減小。④從空間關(guān)聯(lián)特征來看，長江經(jīng)濟(jì)帶系統(tǒng)適應(yīng)性水平存在顯著的正向全局空間自相關(guān)，空間聚集由弱變強(qiáng)再變?nèi)酰瑓^(qū)域差異逐漸縮小；并且系統(tǒng)適應(yīng)性水平呈現(xiàn)出“東高西低”的梯度格局，省域差異顯著且表現(xiàn)出較強(qiáng)的路徑依賴。該研究據(jù)此從敏感性、兼容性、穩(wěn)定性和可持續(xù)性等方面提出提高長江經(jīng)濟(jì)帶“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性的政策建議。

關(guān)鍵詞 “水-能-碳”系統(tǒng)；適應(yīng)性評價；空間特征；系統(tǒng)協(xié)調(diào)

中圖分類號 X24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1002-2104（2024）06-0187-13 DOI：10. 12062/cpre. 20240510

隨著內(nèi)外部環(huán)境的變化，水資源短缺、能源供應(yīng)風(fēng)險和溫室氣體排放不斷增加被列入21世紀(jì)全球面臨的十大風(fēng)險，與之對應(yīng)的清潔飲水與衛(wèi)生（SDG6）、清潔能源（SDG7）和氣候行動（SDG13）成為聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的主要關(guān)注點(diǎn)。水資源、能源、碳排放作為“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”復(fù)合系統(tǒng)中與人類生存和發(fā)展密切相關(guān)的關(guān)鍵因素，正逐步顯示出相互依賴、交互適應(yīng)、彼此制約的新特征。因此，由傳統(tǒng)的單一資源與能源評價管理方式向與可持續(xù)發(fā)展相適應(yīng)的資源、環(huán)境、生態(tài)綜合性研究視角轉(zhuǎn)變，評估“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性水平，對加快實(shí)現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和社會價值［1-3］。

1 文獻(xiàn)綜述

水資源、能源、碳排放作為“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”復(fù)合系統(tǒng)的重要組成部分，三者在交互作用中彼此適應(yīng)和發(fā)展，形成了復(fù)雜的“水-能-碳”系統(tǒng)。1997年，生態(tài)學(xué)家Leon?ard Aldrin和Timothy Bills首次提出了“水-能-碳”系統(tǒng)概念，認(rèn)為“水-能-碳”系統(tǒng)是指在“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)中，水資源的利用、能源消耗和溫室氣體排放之間存在著密切的關(guān)系，這種復(fù)雜的作用關(guān)系被稱為“水-能-碳紐帶關(guān)系”（water-energy-carbon nexus，WECN）［4］。“水-能-碳紐帶關(guān)系”將水資源、能源、碳排放等多種要素納入一個有機(jī)、多層次、全方位的耦合系統(tǒng)，對于理解經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)演化以及氣候變化影響具有重要意義［5-6］。近年來，國內(nèi)外學(xué)者從多種復(fù)雜系統(tǒng)視角出發(fā)分別對家庭［7-8］、城市［9］、省域［10-11］、國家［12］以及全球?qū)用妫?3］的“水-能-碳”系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并致力于探尋“水-能-碳”系統(tǒng)的復(fù)雜關(guān)系及其對經(jīng)濟(jì)社會與生態(tài)環(huán)境的作用，主要集中在關(guān)聯(lián)特征、耦合協(xié)同、影響要素和空間特性等4 個方面。

為探尋“水-能-碳”系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)特征，許多學(xué)者從水資源、能源和碳排放子系統(tǒng)及其組分變化角度出發(fā)進(jìn)行了研究。王建華等［14］通過對社會水循環(huán)的不同環(huán)節(jié)、工藝能源消耗強(qiáng)度及碳排放水平的對比分析發(fā)現(xiàn)中國水循環(huán)耗能及碳排放強(qiáng)度存在較大差異；趙榮欽等［15］通過對鄭州市水系統(tǒng)碳排放的實(shí)證分析發(fā)現(xiàn)用水和取水系統(tǒng)能耗和碳排放強(qiáng)度增長態(tài)勢明顯，而給水與排水及污水處理系統(tǒng)則相對穩(wěn)定；陸瑤等［16］采用排放因子法進(jìn)一步解析了取水、給水、用水及排水的能源消耗與碳排放過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用水系統(tǒng)中制冰項與供暖項耗能是產(chǎn)生碳排放的主要來源。為揭示“水-能-碳”系統(tǒng)的動態(tài)交互特征，學(xué)者們從耦合協(xié)同視角出發(fā)展開了研究。余錦如等［17］通過對福建“水-能-碳”系統(tǒng)耦合關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)水資源-能源-碳排放三者間主要表現(xiàn)為弱解耦和強(qiáng)解耦兩種狀態(tài)；Liu等［18］通過對“水-能-碳”系統(tǒng)耦合關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)耦合強(qiáng)度從發(fā)達(dá)地區(qū)向欠發(fā)達(dá)地區(qū)遞減且呈極端無序狀態(tài)；王志強(qiáng)等［19］通過對新疆“水-能-碳”系統(tǒng)耦合研究發(fā)現(xiàn)水資源、能源、碳系統(tǒng)三者間未能形成良好的協(xié)同關(guān)系。為剖析“水-能-碳”系統(tǒng)的因果相關(guān)性，諸多學(xué)者對“水-能-碳”系統(tǒng)的影響要素進(jìn)行了研究。Venkatesh等［20］通過對4個國際城市的案例研究發(fā)現(xiàn)氣候、技術(shù)和地理等在塑造不同地區(qū)的“水-能-碳”關(guān)系方面發(fā)揮著重要作用；楊屹等［21］基于灰色關(guān)聯(lián)模型發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化率、人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等是造成“水-能-碳”系統(tǒng)變化的關(guān)鍵因素；李可欣等［22］基于系統(tǒng)動力學(xué)模型發(fā)現(xiàn)清潔能源、產(chǎn)業(yè)調(diào)控和GDP增長率等對“水-能-碳”系統(tǒng)的影響程度依次增加。為識別“水-能-碳”系統(tǒng)的時空演變規(guī)律，研究者從空間特性角度出發(fā)進(jìn)行了研究。Tian等［23］綜合考慮了中國區(qū)域內(nèi)不同部門和省份間的“水-能-碳”關(guān)聯(lián)關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“水-能-碳”系統(tǒng)一致性水平主要由欠發(fā)達(dá)地區(qū)向相對發(fā)達(dá)地區(qū)轉(zhuǎn)移，省份間的差距逐漸擴(kuò)大；Zhu等［24］通過對中國不同地區(qū)“水-能-碳”關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“水-能-碳”系統(tǒng)處于基本協(xié)調(diào)狀態(tài)且呈現(xiàn)出東南高西北低的不平衡空間分布格局；Cheng等［25］從時空維度對中國各省份的“水-能-碳”關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“水-能-碳”系統(tǒng)發(fā)展的不平衡問題正在逐步加劇。

國內(nèi)外學(xué)者的研究為完善“水-能-碳”系統(tǒng)管理奠定了基礎(chǔ)。但是，當(dāng)前內(nèi)外部環(huán)境變化產(chǎn)生的聯(lián)動效應(yīng)已經(jīng)極大影響了區(qū)域可持續(xù)性發(fā)展，亟須提高區(qū)域“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性能力以應(yīng)對新挑戰(zhàn)。因此，從系統(tǒng)思維出發(fā)綜合考慮“水-能-碳”系統(tǒng)間的多重關(guān)聯(lián)關(guān)系，充分挖掘水循環(huán)、能量流、碳系統(tǒng)間的適應(yīng)性關(guān)系，探究區(qū)域“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性水平，提出推動區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的適應(yīng)性管理策略就顯得尤為重要［26-27］。

現(xiàn)有研究還存在以下不足：①現(xiàn)有研究多聚焦于水資源、能源、碳系統(tǒng)之間存在的相互作用和紐帶關(guān)系，但鮮有研究從系統(tǒng)關(guān)聯(lián)角度分析“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性的概念與內(nèi)涵。②部分研究將適應(yīng)性作為組成部分來評價“水-能-碳”系統(tǒng)耦合，但是暫未構(gòu)建出“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性評價框架，未能清晰刻畫多個子系統(tǒng)正面效益的疊加和負(fù)面影響的拮抗。③現(xiàn)有關(guān)水資源、能源和碳排放適應(yīng)性評價的模型多以系統(tǒng)與環(huán)境間的外部適應(yīng)性評價居多，還需要綜合開發(fā)利用新技術(shù)構(gòu)建評價模型，兼顧“水-能-碳”系統(tǒng)內(nèi)外部交互作用。④現(xiàn)有研究大多分析某一區(qū)域或產(chǎn)業(yè)的“水-能-碳”系統(tǒng)消耗情況和相互作用，缺乏對區(qū)域“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性空間結(jié)構(gòu)和演變規(guī)律的分析，對區(qū)域“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性水平的空間關(guān)聯(lián)研究仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

因此，從復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論出發(fā)，首先，基于水資源、能源和碳排放多要素間的互動關(guān)系提出區(qū)域“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性概念，構(gòu)建“水-能-碳”系統(tǒng)交互適應(yīng)性框架；其次，構(gòu)建以敏感性、穩(wěn)定性、兼容性和可持續(xù)性為子系統(tǒng)的“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性評價指標(biāo)體系；再次，運(yùn)用綜合協(xié)同進(jìn)化模型評價2010—2021年長江經(jīng)濟(jì)帶及各省份“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性水平，并根據(jù)協(xié)調(diào)指數(shù)探究各子系統(tǒng)與“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性的協(xié)調(diào)程度；最后，分析區(qū)域“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性的空間關(guān)聯(lián)特征，提出“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性管理的對策和建議。研究創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下4個方面：①從系統(tǒng)關(guān)聯(lián)角度出發(fā)，將水資源、能源、碳排放看作一個有機(jī)整體，提出了區(qū)域“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性概念，構(gòu)建了包含絕對適應(yīng)性和相對適應(yīng)性的交互式適應(yīng)性框架，拓寬了對“水-能-碳”系統(tǒng)關(guān)系的研究。②綜合考慮“水-能-碳”系統(tǒng)的獨(dú)立特征、交叉特征和整體特征等復(fù)雜特征，從敏感性、穩(wěn)定性、兼容性和可持續(xù)性4個子系統(tǒng)構(gòu)建“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性評價指標(biāo)體系。③采用兼顧絕對適應(yīng)性和相對適應(yīng)性的綜合協(xié)同進(jìn)化模型，分析“水-能-碳”系統(tǒng)的適應(yīng)性水平，并通過協(xié)調(diào)指數(shù)揭示各子系統(tǒng)與系統(tǒng)適應(yīng)性的協(xié)調(diào)程度。④考慮到區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)性，綜合探索性空間數(shù)據(jù)分析（ESDA）和空間自相關(guān)數(shù)據(jù)分析法（GeoDa）對“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性水平的空間分布及關(guān)聯(lián)性進(jìn)行測度，探究“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性水平的空間分布形態(tài)及空間關(guān)聯(lián)規(guī)律。

2 基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性

為系統(tǒng)客觀評價“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性，需要明晰“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性的概念與定義，構(gòu)建“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性評價框架體系。因此，基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論闡述“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性內(nèi)涵與外延，識別“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性特征，挖掘“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性內(nèi)核將為適應(yīng)性評價和空間關(guān)聯(lián)分析奠定理論基礎(chǔ)。

“水-能-碳”系統(tǒng)是一種以水資源、能源、碳排放為主體的復(fù)雜系統(tǒng)，三者間交互反饋?zhàn)饔糜谧匀弧⑸鐣徒?jīng)濟(jì)等因素，進(jìn)而對“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”復(fù)合系統(tǒng)產(chǎn)生影響。“水-能-碳”系統(tǒng)作為一個統(tǒng)一有機(jī)的整體，各主體間既相互競爭又相互合作，各主體對于有限的水資源和能源總量總是存在競爭的關(guān)系，而各主體間相互作用的共同目標(biāo)是使整個系統(tǒng)達(dá)到更加有序的結(jié)構(gòu)，更好地適應(yīng)內(nèi)外部環(huán)境的變化。具體而言，水資源系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)將增加區(qū)域碳匯，提高固碳能力，水循環(huán)中的給水、用水、排水和污水處理等過程又需要能源消耗，并且產(chǎn)生碳排放，而水資源高效利用又將增強(qiáng)能源供給。能源系統(tǒng)中的資料生產(chǎn)和消費(fèi)等過程需要消耗水資源和產(chǎn)生碳排放。而碳排放作為產(chǎn)出系統(tǒng)，一方面，取決于水資源、能源等要素之間相互需求的作用類型、強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)等；另一方面，又通過循環(huán)反饋?zhàn)饔糜趨^(qū)域能源和水資源的時空變化。在“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)內(nèi)，“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性的本質(zhì)就是水資源、能源、碳排放之間通過交互作用，不僅促進(jìn)內(nèi)部相互協(xié)調(diào)，而且保障外部平穩(wěn)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置、高效運(yùn)作和生態(tài)友好的過程。在此過程中，“水-能-碳”系統(tǒng)既要平衡內(nèi)外部供需矛盾，又要實(shí)現(xiàn)局部均衡與全局均衡，最終通過“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性的不斷提升，進(jìn)而循環(huán)反饋?zhàn)饔糜谧匀弧⑸鐣徒?jīng)濟(jì)，助力區(qū)域“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。

從系統(tǒng)宏觀層面來看，水資源、能源和碳排放與自然資源、經(jīng)濟(jì)社會、生態(tài)環(huán)境高度交織，在“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)的牽引下，水資源、能源、碳排放系統(tǒng)構(gòu)成的動態(tài)平衡體系，具有單系統(tǒng)獨(dú)立性、雙系統(tǒng)交互性以及多系統(tǒng)整體性。首先，“水-能-碳”系統(tǒng)具有獨(dú)立特征。作為3個獨(dú)立的主體，各主體在與其他主體進(jìn)行聚集、交流和作用過程中，有限的水資源、能源和碳排放總量存在合作與競爭關(guān)系，引發(fā)“水-能-碳”系統(tǒng)對內(nèi)外部環(huán)境變化的敏感性，影響“水-能-碳”系統(tǒng)的均衡狀態(tài)，導(dǎo)致“水-能-碳”系統(tǒng)穩(wěn)定性水平的變化。其次，“水-能-碳”系統(tǒng)具有交互特征。“水-能”“水-碳”“能-碳”系統(tǒng)間交互作用的共同目標(biāo)是使整個系統(tǒng)達(dá)到更加有序的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)“水-能-碳”系統(tǒng)的兼容性水平。最后，“水-能-碳”系統(tǒng)具有整體特征，其目的是優(yōu)化水資源利用、提高能源轉(zhuǎn)換和減少溫室氣體排放，同時保護(hù)和促進(jìn)“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)的發(fā)展，提升“水-能-碳”系統(tǒng)可持續(xù)性水平。比如，各種能源在開發(fā)和利用過程中需要消耗大量的水資源，而水資源的開采、運(yùn)輸和處理等過程，需要一定的能源作為動力支撐，同時產(chǎn)生一定的碳排放，一方面，影響了水、能、碳系統(tǒng)的敏感性和穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)了“水-能”“水-碳”“能-碳”系統(tǒng)的兼容性水平；另一方面，碳排放引發(fā)的氣候變化和能源開發(fā)帶來的經(jīng)濟(jì)效益，改變了區(qū)域自然生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境，反饋于“水-能-碳”系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展。

“水-能-碳”系統(tǒng)的獨(dú)立特征、交互特征和整體特征強(qiáng)調(diào)了水資源、能源、碳排放三者間的單元屬性、動態(tài)演化和空間結(jié)構(gòu)，分別與“水-能-碳”系統(tǒng)中的4個子系統(tǒng)相對應(yīng)，呈現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)演化過程的多層次性（圖1）。其中，敏感性（S）是“水-能-碳”系統(tǒng)面臨的內(nèi)外部潛在或明顯的壓力；穩(wěn)定性（F）是“水-能-碳”系統(tǒng)受到的內(nèi)外部沖擊以及抵御外界干擾并維持其原有狀態(tài)的能力；兼容性（C）蘊(yùn)含于“水-能-碳”系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制之中；最為關(guān)鍵的便是水、能、碳各子系統(tǒng)之間的相互耦合、相互關(guān)聯(lián)，否則，系統(tǒng)便會處于癱瘓狀況。此外，具有經(jīng)濟(jì)行為和社會特征的人類活動將水、能、碳和“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在一起，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可持續(xù)性（E）。

從系統(tǒng)微觀層面來看，水資源、能源、碳排放在適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境變化過程中展現(xiàn)出對內(nèi)包容性和對外協(xié)調(diào)性等一系列相互作用與調(diào)節(jié)機(jī)制（圖2）。一方面，水資源、能源和碳排放在聚集、交流、相互作用中不斷彼此適應(yīng)，調(diào)節(jié)自身形態(tài)，目的是使各主體間經(jīng)由復(fù)雜的適應(yīng)過程而相互兼容，這一過程稱之為“相對適應(yīng)”。關(guān)注系統(tǒng)的內(nèi)部適應(yīng)，主要取決于各系統(tǒng)間相互作用的情況。另一方面，各主體與周圍環(huán)境不斷進(jìn)行著物質(zhì)、能量和信息的學(xué)習(xí)與交換，形成反饋信號，目的是保證各主體在協(xié)調(diào)發(fā)展的同時，實(shí)現(xiàn)“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展，稱之為“絕對適應(yīng)”。聚焦系統(tǒng)的外部適應(yīng)，主要取決于各系統(tǒng)自身適應(yīng)環(huán)境變化的情況。可見，“水-能-碳”系統(tǒng)的演化過程不僅依賴于系統(tǒng)自身的調(diào)整，更依賴于其周圍系統(tǒng)作用的發(fā)揮，進(jìn)而形成適應(yīng)環(huán)境變化的復(fù)雜良性循環(huán)系統(tǒng)。

3 研究方法

3. 1 系統(tǒng)適應(yīng)性評價指標(biāo)體系構(gòu)建

“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性可以分解為敏感性（S）、穩(wěn)定性（F）、兼容性（C）和可持續(xù)性（E）4個方面。其中，敏感性（S）和穩(wěn)定性（F）從“水-能-碳”系統(tǒng)獨(dú)立性特征出發(fā)，反映水資源、能源和碳排放3個獨(dú)立主體面臨的風(fēng)險和恢復(fù)能力；兼容性（C）從“水-能-碳”系統(tǒng)交互性特征出發(fā)，強(qiáng)調(diào)“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性正由“單一資源”管理向“多資源”綜合管理轉(zhuǎn)變，反映系統(tǒng)各要素間的適配程度；可持續(xù)性（E）從“水-能-碳”系統(tǒng)整體性特征出發(fā)，強(qiáng)調(diào)“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性的發(fā)展目標(biāo)，反映系統(tǒng)時空演變與空間落位、保障人民生活水平、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用能力。

遵循體系層級性、指標(biāo)科學(xué)性和數(shù)據(jù)可得性原則，以敏感性（S）、穩(wěn)定性（F）、兼容性（C）和可持續(xù)性（E）4個屬性維度為子系統(tǒng)對“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性進(jìn)行深入分析，并在此基礎(chǔ)上選取各子系統(tǒng)的代表性指標(biāo)，探討區(qū)域“水-能-碳”系統(tǒng)適應(yīng)性水平的演化規(guī)律。在敏感性方面，以水、能源和碳系統(tǒng)作為要素層，主要選擇氣候環(huán)境變化、人類活動、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及資源能源消耗等9個指標(biāo)。在兼容性方面，以水-能、水-碳、能-碳作為要素層，主要選擇水能間的相互依賴、人水關(guān)系協(xié)調(diào)、水系統(tǒng)碳排放以及能源消耗等11個指標(biāo)。在穩(wěn)定性方面，以水系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和碳系統(tǒng)為要素層，主要選擇水能資源承載性、安全性和合理性以及碳系統(tǒng)的循環(huán)能力等14個指標(biāo)。在可持續(xù)性方面，以經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、自然系統(tǒng)為要素層，主要選擇經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、社會人口壓力、人類活動以及自然生態(tài)系統(tǒng)等15個指標(biāo)。其中，水資源要素主要從供水、用水以及污水處理等方面進(jìn)行分析研究，變量選取不僅反映水資源自身發(fā)展，而且通過能源耗水量和水資源開發(fā)與利用過程中的碳匯和碳排放反映水系統(tǒng)與能源要素和碳排放要素的反饋關(guān)系；能源要素主要從能源消耗以及能源結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行分析研究，變量的選取不僅反映能源自身發(fā)展，而且通過能源耗水量和能源消費(fèi)碳排放反映能源系統(tǒng)與水資源要素和碳排放要素的反饋關(guān)系；碳排放要素主要從直接和間接兩方面考慮，碳排放的直接來源包括煤炭、石油、天然氣等化石能源的燃燒，間接來源包括用水、供水以及污水處理過程中電能等的消耗，變量的選取不僅反映碳排放現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，而且反映碳排放要素與水資源要素和能源要素的反饋關(guān)系。綜上，選取49個指標(biāo)構(gòu)成“水-能-碳”系統(tǒng)的適應(yīng)性評價指標(biāo)體系（表1）。