基于水足迹理论的连云港市水资源安全评价

基于水足迹理论,建立了区域水资源安全评价指标体系,将其应用于区域水资源安全评价的研究中。以连云港市为例,计算了连云港市2008年的人均水足迹、水资源匮乏度、水资源压力、虚拟水赤字等评价指标,真实客观地分析了连云港市的水资源安全现状,从降低水足迹角度提出了应对水紧缺状态的建议。     

水足迹研究述评北大核心

全面真实反映人类活动占用水资源数量是实现水资源优化管理的前提。水足迹是本世纪初出现的一种衡量水资源利用的新指标,自问世以来就迅速成为研究与应用的热点。在综述了水足迹的理论、方法与应用的研究现状的基础上,认为水足迹的优点在于能真实反映产品与服务所消耗的水资源数量,但是也存在不能反映对环境的影响程度、虚拟水核算不精确、国家间灰水足迹难以比较和忽视污染物特征与自然生态系统自净能力等问题。     

基于水足迹理论的山西省水资源利用与经济发展脱钩状况分析

为充分了解山西省水资源利用现状及变化趋势。基于水足迹理论分析了山西省及其各行政区2007-2016年的水资源利用状况,探讨了水资源配置和利用的时空变化特征,并结合协调发展脱钩评价模型对山西省水资源利用与经济增长协调发展进行评价。结果表明:①近十年来山西省水足迹总体呈现上升趋势,各行政区之间差异显著,其中运城市水足迹值最高,阳泉市最低。全省多年人均水足迹平均值为731.22 m~3/人。②水足迹结构在研究时限内基本稳定,农业水足迹占比一直保持在90%左右,工业用水小幅下降,生活、生态用水小幅上升。③山西省水资源自给率水平非常高,平均值为98.97%。除太原市外,其他地区水资源自给率均保持在97%以上。④山西省水足迹经济效益由2007年的28.13元/m~3上升到2016年的43.23元/m~3,各行政区10年间水足迹经济效益均有不同程度的提高。⑤10年间山西省各行政区的水资源压力指数均大于1,整体水资源压力指数由2007年的1.96上升到2016年的2.24,说明山西省水资源利用长期处于不安全状态,且地区差异明显。⑥山西省经济增长与水资源利用之间除2013年、2014年外均表现为协调关系。     

基于虚拟水视角的四川省农业水资源压力时空演化

【目的】探明四川省作物虚拟水流动对农业水资源压力产生的间接影响及其时空演化格局。【方法】以四川省内种植的16种作物为研究对象,基于AquaCrop模型模拟2000—2018年四川省各市（州）作物生产水足迹,基于每年作物产品供需平衡和最优运输成本法量化省际间作物贸易格局,分析各市（州）主要作物虚拟水流动平衡格局,解析作物虚拟水流动对四川省农业水资源压力的影响。【结果】2000—2018年,四川省多年平均作物生产水足迹为284亿m3/a,各市（州）作物生产总水足迹呈波动上升趋势,其中乐山市作物生产总水足迹变化幅度最大。四川省为作物虚拟水净输入地区,虚拟水净输入量整体呈上升趋势,西部作物虚拟水净输入量高于东部。作物虚拟水流动缓解了各市（州）农业水资源压力,因虚拟水输出导致水资源压力小幅度增加的地区由2000年的4个市（德阳市、资阳市、遂宁市和绵阳市）减少至2018年的1个市（资阳市）。【结论】根据各市（州）水资源分布现状与作物耗水规律进行种植结构调整、田间管理优化和虚拟水贸易调控,综合考虑实体水配置和虚拟水贸易可有效缓解四川省农业水资源压力。     

海河流域作物水足迹研究

基于水足迹理论,利用海河流域8个省(市、自治区)气象及农业基础数据,计算了海河流域主要作物的虚拟水量和作物水足迹值,并对流域作物水足迹的空间格局进行了分析。结果表明,同一种作物不同地区的虚拟水量均匀分布;各市作物水足迹有由南向北逐渐增大的趋势。德州、保定、聊城等地的蓝水比例最高,均达到了50%以上,土壤水利用率较低;晋中、长治、阳泉和朝阳市的绿水足迹达到了总水足迹值的90%以上。流域内小麦的蓝水足迹占总水足迹比例最大,各省(市、自治区)平均为74.6%,作物生长需要大量灌溉水;玉米、棉花、谷子、大豆和花生蓝水足迹比例较少,均在20%以下。河北省的蓝水足迹为114.97×108 m3,农业灌溉用水压力最大;内蒙古的蓝水比例最大,为67.59%;辽宁省和山西省的土壤水利用率较高。     

基于水稻生产水足迹的盘锦市水资源利用效率评价及水土资源测算与评价

水足迹是评价人类活动对水资源开采和水环境污染程度的重要方法。为缓解盘锦市水资源问题,结合水稻生产水足迹评估水资源利用效率,探究水稻生产中水土资源配置及短缺压力。结果表明：(1)2009-2021年,盘锦市水稻生产单位质量水足迹年均值为1.26 m³/kg。从用水来源来看,绿水足迹和蓝水足迹占水足迹总量的比重较大。(2)盘锦市水资源利用程度较高,表现为大多数年份基本不存在水资源压力;水资源开发程度较高;消耗等量水资源所带来的经济价值逐渐增加。(3)考虑资源数量的水土资源匹配系数均值为0.375万m³/hm²,考虑资源质量的匹配系数均值为0.273万m³/hm²,盘锦农业生产所产生的资源数量影响大于质量产生的影响。(4)整体上,水资源短缺压力高于土地资源短缺压力,基于生产视角的水资源短缺压力受社会、经济、生产环境发展因素的影响较小,经济环境因素对土地资源短缺压力影响显著。研究结果可在推动农业用水的高效利用、提高水资源利用率、促进农业水土资源合理配置方面,实现区域水资源的可持续利用。     

基于灰水足迹的流域水环境评价

为实现更加科学的评价流域水环境,基于水足迹理论,提出了更为全面的流域灰水足迹核算评价方法,解决了以往流域灰水足迹评价中污染核算不全面、参数选取原则不统一的问题.以大连市复州河流域为例,从工业、居民生活、畜禽养殖业和种植业四个污染源分析了2018年流域灰水足迹量值与空间特征,同时进行流域水环境评价.结果显示:2018年复...     

黄河流域小麦生产水足迹量化与评价

为准确评价区域不同时空尺度作物生产耗水量及耗水效率的动态变化及其分布规律,以黄河流域典型年为例,基于作物水分生产力模型Aqua Crop,考虑不同供水和灌溉方式,在5'空间尺度对流域内小麦生产水足迹进行了量化与评价。结果表明:流域小麦水足迹总量和单位生产水足迹年均值分别为2.19×10~(10)m~3和1.22 m~3/kg,蓝水足迹占65%,单位生产水足迹呈现上游向下游递减的趋势。传统地面灌农田小麦生产蓝、绿水足迹量分别为流域总量的92%和50%。流域灌溉条件下小麦生产水足迹(1.40 m~3/kg)高于雨养条件(1.12 m~3/kg);灌溉方式对小麦生产水足迹影响显著,其中微灌仅为1.67 m~3/kg,喷灌条件下高达2.07 m~3/kg。供水与灌溉方式对区域农作物生产水足迹的影响不可忽略,考虑不同供水与灌溉方式的作物生产水足迹量化与评价将成为农业水资源高效利用的重要基础。研究结果可为不同时空尺度农作物水足迹核算和区域农业节水策略制定提供参考。     

基于田间实际耗水的作物生产水足迹

为了衡量田间尺度粮食生产对资源的真实利用,基于水足迹及作物耗水理论,提出基于作物实际耗水的农作物生产水足迹计算方法,并以陕西关中的小麦、玉米为研究对象,对1998,2005及2010年的生产水足迹进行了计算.结果显示：同一年份同一作物不同地区间耗水量具有较大差异,同时,关中地区3个代表年份平均小麦、玉米耗水量分别比需水量小16.2%和12.4%;小麦、玉米生产水足迹有减小趋势,代表年平均值分别为0.96,0.77 m^3/kg;各地区小麦虚拟水中蓝水比例在10%-40%,玉米则在20%-50%范围内变化,且年际、地区间的蓝水占有比例均无明显变化趋势;3个代表年小麦、玉米的总水足迹之和分别为70.1,59.8及60.7亿m3,均大于当地的水资源总量,其中蓝水所占比例均值为29.1%.基于作物实际耗水的作物生产水足迹的计算对基于水足迹和虚拟水贸易的科学研究及政策制定均有重要意义.     

河套灌区粮食水足迹与虚拟水净输出时空演变

为了正确评价灌区内水资源使用对改善现有水资源管理的影响,文中引入水足迹与虚拟水概念,同时考虑降雨和灌溉用水,计算了1960—2008年内蒙古河套灌区粮食水足迹与虚拟水净输出量的时空变化,进一步评价了灌区水资源在区域内和区域间的分配.结果表明：1960—2008年河套灌区粮食水足迹由3.534×109m3减小为1.634×109m3,自2000年灌区粮食虚拟水净输出量呈下降态势,两者构成均以蓝水为主（90%）;空间分布上,河套灌区中部地区（杭后、临河和五原）的粮食水足迹和虚拟水净输出量较大,而其他地区（磴口和前旗）较小;1960—2008年,粮食生产用水在灌区用水总量中所占比例呈显著下降趋势,年均下降1.07%.粮食生产用水的大部分以虚拟形式输送到灌区外部,该比例近年有所降低,但2008年仍高达76.22%.未来河套灌区应注重绿水和蓝水资源利用效率的提高.该研究为灌区水资源管理宏观政策的制定和可持续发展的实现提供理论依据.     

水足迹视角下黑龙江省粮食生产用水分析

运用水足迹理论,计算黑龙江省各地区2007—2012年的粮食水足迹,分析其粮食作物用水情况。结果表明:黑龙江省粮食生产用水量巨大,粮食作物灌溉用水量存在逐年增加的趋势,用于粮食生产的灌溉用水量占黑龙江省水资源消耗量的绝大多数。黑龙江省各地区的粮食水足迹在空间分布上存在显著差异,大体上呈东北部高,西南部低的趋势;粮食蓝水足迹明显低于绿水足迹,粮食生产对绿水的依赖度较高。黑龙江省粮食水足迹整体上小于单产需水量,部分地区粮食作物生产过程中缺水现象严重。空间自相关分析显示,黑龙江省2007—2012年的粮食绿水足迹和蓝水足迹均存在相似值之间的空间聚集性。黑龙江省农垦总局的粮食产量较高,但粮食蓝水足迹比例较高,粮食生产比较依赖灌溉水资源,水资源消耗量较大。由于2009年粮食作物单位面积产量显著降低,使得2007—2012年被分成2007—2008年和2009—2012年2个不同的时期,粮食水足迹在2个时期均存在逐年降低的趋势,粮食生产的用水效率逐年升高。     

河北省主要农作物水足迹与耗水结构分析

【目的】调整区域农业种植结构,合理利用区域农业水资源。【方法】基于水足迹理论框架分析了1957—2015年河北省14种农作物的水足迹及其历史变化趋势,通过核算农作物耗水率和单位水价值2个指标,划分了主要农作物的耗水结构。【结果】河北省主要农作物年均总水足迹为434.4亿m~3,其中蓝水、绿水和灰水分别占44%、42%和14%;总水足迹、绿水足迹及灰水足迹均呈逐年增加趋势;而蓝水足迹变化趋势不明显。冬小麦、夏玉米、水果与蔬菜为主要耗水作物。棉花和芝麻耗水率最高,为典型的高耗水作物。甜菜、蔬菜和水果的单位水价值最高,且耗水结构最优。【结论】河北省可进一步控制棉花和芝麻的种植规模,在不造成水压力的前提下,适度扩大蔬菜和水果的种植规模。     

基于生态足迹的河南省水资源评价分析

利用水资源生态足迹模型对河南省2005-2014年的水资源生态足迹、生态承载力进行了分析。在考虑黄河客水情况下的结果表明:12005-2014年间河南省总水资源生态足迹呈现不断上升趋势,农业用水居于主导地位,累积贡献率为576.1%;2水资源生态承载力与降雨量之间有密切的联系,相关系数为0.925 5;310年间均出现不同程度的生态赤字,水资源负载指数也全为Ⅰ,水资源利用前景不容乐观;4人均水资源生态足迹相对较低,一直在0.35~0.42 hm2之间波动;万元GDP水资源生态足迹逐年下降,水资源的利用效率不断提高,但河南省总体水资源利用处于不安全状态。     

基于水生态足迹模型的重庆市水资源可持续利用分析与评价

【目的】探讨重庆市水资源的可持续发展前景。【方法】运用水生态足迹、万元GDP水生态足迹等模型分析了重庆市2003—2016年水生态足迹、水生态承载力及水资源开发利用状况。【结果】2003—2016年重庆市水生态足迹除个别年份有微弱下降外,总体呈上升趋势,变化范围为0.725 6～1.407 2亿hm~2,用水量主要集中在第一产业和第二产业,城乡居民生活污水是影响重庆市水质的主要来源;水生态承载力受降水影响大,变化范围为0.513 0～0.894 2亿hm~2,地区分布不平衡;万元GDP水生态足迹在2011年突升,总体呈下降趋势,水资源利用率在不断提高,但水资源的开发利用不合理,开发利用潜力大。【结论】基于水资源可持续开发利用,应加大对重庆市生活污水的处理率,优化产业结构,将发展重心移至第三产业,利用政策辅助,优化地区用水结构。     

城乡统筹背景下重庆市水生态足迹分析及预测

为研究城乡统筹背景下重庆市水生态足迹情况,利用水生态足迹模型,分析了重庆市2000—2014年水生态足迹和水资源承载力,运用GRNN模型预测了2015—2018年城乡人均水生态足迹与人均水资源承载力。结果表明,12000—2014年重庆市水生态足迹总体呈上升趋势,由0.093 2亿hm~2增长到0.143 5亿hm~2。水资源承载力受降水量的影响,整体波动较大。水生态压力指数介于0.115 6~0.235 9之间,远小于1,水资源开发利用空间大。2城乡水生态足迹与水资源承载力有差异:农村总水生态足迹大于城市,但人均水生态足迹小于城市。农村总水资源承载力与人均水资源承载力均大于城市。城市水生态压力指数大于农村,但二者都小于1,说明城市水资源利用程度高,但城市发展对水资源的压力也大。3预计2015—2018年重庆市城乡人均水生态足迹总体上都呈上升态势,城市人均水生态足迹将由0.386 64 hm~2增长到0.409 62 hm~2,增长了6%。农村人均水生态足迹将由0.276 50 hm~2增长到0.336 57 hm~2,增长了22%。城乡人均水资源承载力在一定范围内相对稳定,水生态足迹增长将威胁水资源可持续利用。在充分考虑重庆市水资源的时空分布基础上,优化产业结构、转变发展方式、统筹城乡布局,可促进重庆社会经济可持续发展。     

山东省地市灰水足迹测度与空间格局分析

灰水足迹是可以量化水污染的指标,在计算山东省灰水足迹和分析水质污染程度的基础上,基于ESDA研究各市灰水足迹强度的全局、局部空间自相关性,构建灰水足迹强度的空间集聚图,衡量经济增长下的水环境负效应。研究表明:2001-2014年山东省各市的灰水足迹总体上呈现下降趋势,水污染压力逐年降低;山东省各市灰水足迹承载指数偏大,说明水质污染严重,并且区域间的污染程度差异大;山东省各市的灰水足迹强度不断下降,说明经济发展对水污染的影响减小,水环境负效应减轻;山东省灰水足迹强度具有不断增强的全局自相关性,各个市出现集聚现象,不同地市的集聚分布也日益明显;山东省西部地区稳定属于高高集聚,低低集聚主要分布在东部地区,并不断向外扩展。研究结果为政府部门评价水污染状况、制定有关水污染控制和水生态文明防护的政策提供依据。     

基于三维水足迹模型的农业用水可持续性评估

为探究我国农业用水可持续状况,从淡水资源作为一种关键自然资本的角度出发,结合三维水足迹、降尺度行星边界和脱钩分析等方法,计算并分析了31个省级行政区1998—2020年农业水资源利用的时空变化。结果表明,我国农业用水状况整体良好,但区域间农业水资源利用可持续状况差异较大。降水量少或社会经济用水多的华北、华东和西北地区农业水资源供需矛盾较为突出,降水丰腴的西南和华南地区农业水资源可持续状况较好。在居民节水意识增强和政策约束的情况下,北京、河北、山西和上海的农业用水可持续状况呈变好态势;在降水年际差异大和农业用水占比变化的影响下,辽宁、江苏、山东、河南和甘肃的农业用水可持续状况呈突变型,存量和流量间占用关系无明显变化规律。浙江表现出最好的农业水-经济关系类型,北京则相反;2014年后北京和上海高频出现了最差的农业水-经济类型6,经济发展与资源环境间矛盾愈发严峻。研究可为农业用水及种植业规划提供参考。