基于 Vine-copula 的综合建模框架，用于沿海流域水 - 能 - 粮纽带的风险评估与区间机会约束优化

《Environmental Modelling & Software》：An Integrated Vine-copula-based Modeling Framework for Risk Assessment and Interval Chance-constrained Optimization of the Water-energy-food Nexus in a Coastal Watershed

　　

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  开发了用于水-能-粮纽带（WEFN）管理的VC-ICCP-MCDA框架。
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  捕捉了水、能和粮食子系统之间的非线性联合短缺风险。
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  在九龙江流域的24种复合风险情景下优化了作物分配。
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  阐明了联合违约水平对种植模式和系统效益的影响。
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  识别了具有鲁棒性的情景，为风险驱动和可持续的流域管理提供依据。

章节片段

引言

随着全球人口增长、经济发展和气候变化加剧，农业流域面临的水、能和粮食资源压力日益凸显。与此同时，水、能和粮食系统之间的相互依赖性和耦合性不断增强[1]。供水、能源安全和农业生产并非彼此孤立，而是通过灌溉、土地利用和投入品消费等因素紧密互联。

研究方法

本文提出的框架由四个顺序步骤组成，如图1所示。步骤1通过界定系统边界、资源相互作用和不确定性来源来识别水-能-粮纽带系统。步骤2通过构建水、能和粮食相关变量的Copula联合概率分布来刻画复合风险。步骤3开发基于Copula的区间机会约束规划方法，将联合风险纳入……

研究区域

九龙江流域位于中国福建省东南部，是该省主要流域之一，也是研究资源配置、生态修复和流域综合管理的代表性区域。作为福建省第二大流域，其面积约为$$平方公里，横跨龙岩（LY）、泉州（QZ）、漳州（ZZ）和厦门（XM）等行政区域。该流域包含多种多样的地貌和功能单元。

Copula拟合与联合风险特征化

根据Copula函数建模的步骤1，选取了Pearson（r）、Kendall（τ）和Spearman（ρ）三种相关系数来刻画水、能和粮食资源之间每一对变量的相关结构。使用MATLAB中的corr函数计算的结果如表4所示。

由表4可知，水-能相关系数为$$。这两类相关系数表明两者之间存在负相关关系，反映了……

与传统方法的比较

现有的WEFN优化研究已发展出各种处理不确定性的方法，包括随机规划、区间规划和基于Copula的优化方法。然而，在不确定性依赖关系、复合风险和决策响应的表示方面仍存在差异。因此，本节将所提出的VC-ICCP-WEFN框架与代表性方法进行比较，以阐明其方法学贡献。

传统的基于随机和区间的方法……

结论

本研究开发了一个基于联合Copula的整合建模框架，将联合风险特征化、区间机会约束优化和多准则情景评估相结合，用于复合不确定性下农业水-能-粮纽带（WEFN）管理。该框架通过将有非依赖结构和联合风险信息纳入资源配置决策，拓展了传统的WEFN优化方法。主要发现总结如下……

CRediT作者贡献声明

金磊：撰写—审阅与编辑、监督、资源、概念化。樊宇瑞：方法论、概念化。黄子欣：撰写—原稿。王莉：撰写—审阅与编辑、监督

利益冲突

作者声明，本文的出版不存在利益冲突。

软件可用性

软件名称：VC-ICCP-WEFN-MODEL。

开发者：黄子欣、金磊、樊宇瑞、王莉。

首次发布日期：2026年。

所需软件：LINGO 18.0 x64和MATLAB。

编程语言：Python（核心）、MATLAB（统计模块）。

源代码地址：https://github.com/xinxin0828/VC-ICCP-WEFN-MODEL

数据可用性

数据将在收到请求后提供。

竞争性利益声明

? 作者声明，不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到了福建省自然科学基金（2025J011275）和厦门理工学院国家自然科学基金重点项目（XPYM2408）的支持。作者感谢编辑和匿名审稿人提出的有益意见和建议。同时，作者也感谢余泽先生提供的帮助。