中国燃煤发电水足迹时空特征研究

中国燃煤发电行业需要消耗大量水资源。基于生命周期方法,建立了中国燃煤发电水足迹评估模型。该模型包括煤炭开采、煤炭加工、煤炭运输、燃煤发电和电力输送五个阶段,水足迹不仅考虑了直接水足迹,还有间接水足迹。基于该模型,定量分析了2000—2020年中国燃煤发电整个生命周期的用水量和废水排放对环境的影响,中国各省份燃煤发电的水足迹以及跨省煤电运输所产生的虚拟水的时空变化特征。结果显示:从时间上看,2000—2020年,中国燃煤发电总水足迹逐年上升,从160亿立方米增加到661亿立方米。单位水足迹处于先上升后下降的趋势,2015年达到最大值15.6 m3/MW·h。期间,灰水足迹占比较大,为76%~83%。整个生命周期中,间接水足迹占总水足迹的36%~45%。从空间上看,2020年,内蒙古、安徽、宁夏、陕西和新疆是主要虚拟水输出省份,而内蒙古、山西、山东和新疆是2000—2020年水足迹增长最多的省份。研究结果以期为我国煤炭和水资源高效利用以及水环境管理提供重要借鉴。

淮河流域谷物生产水足迹及用水效率研究

为研究淮河流域水稻、小麦、玉米三大谷类粮食作物生产用水总量和用水效率,保障粮食安全,促进粮食生产可持续发展,本研究以淮河及沂-沭-泗水系的35个地级市为研究对象,基于2000-2019年谷物生产、水资源、气候等数据,采用PenmanMonteith模型、探索性空间数据分析(ESDA)模型、空间杜宾模型,对流域谷物生产水足迹强度进行测度以反映其用水效率,并分析其时空演变特征及影响因素。结果表明,2000-2019年淮河流域谷物生产水足迹逐渐趋于稳定,谷物生产水足迹强度整体下降82.86%。水足迹强度空间集聚显著,集聚状态逐渐稳定。社会经济条件、农业生产投入、农业生产条件、自然条件与资源禀赋对谷物生产水足迹强度影响显著。淮河流域谷物生产用水总量整体增加,用水效率总体不断提升。淮河流域谷物生产用水效率存在显著的空间差异,效率较高的区域为淮河干流下游及沂-沭-泗水系,效率较低的区域为淮河干流安徽段。农村经济发展水平、科技发展水平与有效灌溉面积等因素的提升能促进谷物生产用水效率的提升,城镇化水平、化肥施用量、年日照时长、年平均气温等因素的提升则会对其产生抑制作用,农村经济发展水平、城镇化水平、年平均气温等因素通过要素流动、技术转移等产生空间溢出效应。

基于BP-DEMATEL的山西省冬小麦水足迹影响因素识别

针对山西省冬小麦水足迹历史演变及关键影响因素识别问题,分析了1993—2021年山西省冬小麦水足迹历史演变规律,利用BP神经网络-决策实验室(BP-DEMATEL)模型对冬小麦水足迹演变的关键影响因素进行识别,将其分为驱动型因素及特征型因素,并揭示了影响因素之间的作用机制。结果表明:1993—2021年山西省冬小麦水足迹及单位水足迹均呈下降趋势;2021年山西省冬小麦总水足迹为27亿m^(3)(蓝水占比57%),单位水足迹为1 122 m^(3)/t,与前期高点相比分别下降38%(较1994年)和21%(较1993年);气温、相对湿度和灌溉面积为冬小麦水足迹演变的关键驱动型因素,化肥施用量和农业机械总动力为关键特征型因素。

灰水足迹研究进展与方法学改进

灰水足迹是水足迹的重要组成部分,定义为稀释污染物所需的水量。灰水足迹作为水污染的体积量化指标,已得到国际学术界广泛应用。然而,由于底层数据缺乏和方法体系限制,灰水足迹研究尚无法为实践管理提供有效支持。本文剖析了灰水足迹评价的必要性及相关概念内涵,从灰水足迹核算方法及适用范围、演化机制、基于灰水足迹的虚拟水流动路径解析等方面综述其研究进展。在此基础上,分析当前灰水足迹核算方法的局限性并提出改进思路。同时,为实现灰水足迹深度应用,进一步阐述未来研究的重点方向,包括构建高时空分辨率灰水足迹数据库、基于实体—虚拟灰水耦合流动格局推动生态补偿机制和推进灰水足迹标签制度以消费侧选择引导生产侧绿色转型。

淮河流域主要农作物水足迹时空演变及影响因素分析

探讨淮河流域主要农作物水足迹,可以为地区农业用水结构及改善水资源短缺问题提供理论依据。以淮河流域5个省份主要农作物为研究对象,计算分析了2000-2017年小麦、稻谷、玉米、大豆、油料的蓝、绿、灰水足迹时空变化特征,并采用通径分析方法探究影响农作物生产水足迹的因素。结果表明:大豆的水足迹最大,水足迹大小与作物单位面积产量呈负相关;年际变化方面,小麦、稻谷、玉米、油料总水足迹整体呈减小趋势,大豆总水足迹表现出波动增加的趋势;空间分布方面,安徽、河南省的总水足迹居于前位,且水足迹的空间分布存在一定的聚集性,总体上中间高四周低;此外,对淮河流域农作物水足迹影响最大的因素是氮肥施用量、平均气温和年降雨量。

可持续发展目标6视角下黄河流域城市群水足迹时空演变及驱动因素

本研究以黄河流域5座国家级城市群为研究对象,探索性地采用水足迹及其相关评价指标构建面向可持续发展目标6的水资源利用水平评价框架。在描述2010―2019年城市群水足迹时空演变特征的基础上分别建立流域整体、上中游和下游城市群的空间计量模型,探讨驱动水足迹变化的因素。结果表明,城市群水足迹及相关指标均有所下降,自上游至下游呈梯级分布格局,上中游和下游城市群水足迹表现出两极分化的集聚状态,整体向“低−低”集聚跃迁。驱动因素在不同城市群之间存在着显著的差异性和空间交互效应。为此,提出强化中心城市辐射带动作用、提升城市群水资源生态系统韧性、根据不同城市群的比较优势实施差异性水资源系统治理等对策建议。

黄河流域农业灰水足迹效率时空格局演变与驱动因素

[目的]探讨农业灰水足迹效率时空格局演变与驱动因素,为协同推进农业用水节约集约和水污染综合治理、实现黄河流域农业高质量发展提供科学参考。[方法]以黄河流域9省区为研究对象,利用灰水足迹模型、泰尔指数和对数平均迪氏指数等研究方法对2000—2021年农业灰水足迹效率进行测算,并探讨其时空演变格局和驱动因素。[结果]①2000—2021年黄河流域农业灰水足迹效率呈上升趋势,年均效率为0.2358元/m^(3),内蒙古效率最高为0.4670元/m^(3),青海效率最低为0.0263元/m^(3)。②农业灰水足迹效率地区内部差距多年平均贡献率为80.11%,上游地区差距年均贡献率为75%,是造成黄河流域农业灰水足迹效率差距较大的主要原因。③黄河流域农业灰水足迹效率总效应为正向效应0.2024元/m^(3),耕地资源效应和农业环境效应分别是促进和抑制农业灰水足迹效率的主要因素,二者贡献值分别为0.4427和-0.4406元/m^(3)。④黄河流域农业灰水足迹效率驱动效应可分为4种模式,不同模式地区提升农业灰水足迹效率的方式不同。[结论]黄河流域9省区应采用因地制宜的发展策略,优化农业结构,减少化肥农药的高强度使用,加强农业水环境治理,提升农业灰水足迹效率。

基于水足迹理论的德州市水资源利用分析

为分析区域水资源利用情况,本研究基于水足迹理论对德州市水足迹进行了核算与分析,并运用脱钩模型研究了水资源利用与经济增长的关系。结果表明:1)粮食作物小麦、玉米虚拟水足迹较高,经济作物蔬菜、棉花、水果等虚拟水足迹较低,动物产品禽蛋、牛肉虚拟水足迹较高;2)水足迹构成差异明显,农业水足迹占据主导地位,总灰水足迹占总水足迹的42.72%,消纳污水需要淡水资源较多;3)人均水足迹较高,水资源匮乏指数和水资源压力指数均大于10,水资源严重超载,水资源进口依赖度低,水资源利用效率不断增高;4)水资源利用与经济增长在2010—2011、2011—2012、2016—2017年为弱脱钩,其余年份为强脱钩。德州市农业发展对水资源依赖性较强,经济发展对水资源依赖性降低,用水效率提高。

水足迹视角下四川省主要粮食作物种植结构优化及用水效率分析

作为粮食主产区,四川盆地农业用水占比高但农业用水效率低,季节性和区域性缺水严重,导致农业用水压力巨大。为了探究作物用水规律,提高作物用水效率,该研究以四川省为例,基于水足迹理论量化3种主要粮食作物用水量,并以此为基础构建蓝水和灰水足迹最小化,经济收益最大化的多目标优化模型,得到不同节水情景(5%、10%和15%)下的最优作物种植结构,最后通过用水效率指数分析优化前后各地农业用水效率。结果表明:1)2001—2021年间,四川作物生产用水呈现下降趋势,空间上由东北向西南逐渐减少,空间差异大。2)在节水5%、10%和15%情景下,种植结构优化结果均显示水稻和小麦面积调减,玉米面积调增;作物蓝水足迹在3种情景下均减少。3)研究时段内,作物用水效率在逐渐提升,并且呈现出“东南高-中间低”态势;经种植结构优化后,发现增加玉米种植面积,适当减少水稻、小麦种植面积,对提高作物用水效率有利。研究结果对农业水资源管理,提升作物用水效率,保障粮食安全具有参考价值。

水足迹量化方法研究

随着全球人口的增多和经济的发展,水资源消耗和水污染并存,使得全球水资源压力日益增大。水足迹相关理论、量化及评价方法的提出对有效配置全球水资源,提高水资源利用率提供了科学的方法和依据。本文从水足迹总体量化方法和分行业的水足迹量化方法(包括农业水足迹、工业水足迹以及服务业水足迹)等角度总结归纳了现有的水足迹量化方法,以期为水足迹的量化和评价的研究提供新的研究方法和思路。

甘肃省2003年的水足迹评价

水足迹是指在一定的物质生活水平下,维持一定人群消费所需要的总的水资源数量。由于考虑了社会经济系统中虚拟水的消费量,水足迹真实地反映了一个地区人类消费对水资源的占有情况,为水资源科学管理提供了一个新的方法。论文引入了水足迹的概念和计算方法及其相关评价指标,计算分析了2003年甘肃省的水足迹。结果表明,甘肃省2003年的水足迹总量为226.67×108m3,人均水足迹878m3,水足迹占总可更新水资源的26%,水资源消费自给率为99.52%,如此高的水资源消费占用比例和自给率,对甘肃省生态环境造成了巨大的压力。

基于水足迹的区域水资源评价研究——以重庆市为例(英文)

水足迹(Water Footprint)和虚拟水(Virtual Water)是当前国际水资源领域研究的热点,用水足迹与虚拟水的概念及计算方法,计算了重庆市及其三大经济区的主要农畜产品虚拟水含量及其虚拟水的贸易平衡量、工业产品虚拟水贸易平衡量,并最终估算了重庆市及其三大经济区的水足迹总量.结果表明:2004年重庆市水足迹总量288.50×108m3,水资源压力指数29.97%;同期分区域看,都市发达经济圈水足迹总量32.65×108m3,水资源压力指数50.80%;渝西经济走廊水足迹总量92.22×108m3,水资源压力指数42.21%;三峡库区生态经济区水足迹总量137.86×108m3,水资源压力指数20.31%.并分析了重庆市及其三大经济区人均水足迹及水资源压力指数偏高的原因,给出了降低水足迹缓解水资源压力的几条建议.

基于LMDI模型的湖北省农业水足迹时空分布与驱动力研究

结合水足迹理论和传统农业用水核算方法,分析2005—2020年湖北省各市州农业水足迹时空演变特征,并利用LMDI模型对农业水足迹变化量进行驱动力因素分解。结果表明:1)湖北省农业水足迹呈现先上升再下降的波动趋势;湖北省各市州农业水足迹存在明显的时空分布差异,这是自然因素和经济因素共同作用的结果。2)各驱动力对湖北省农业水足迹变化的影响程度为经济效应>技术效应>人口效应,经济效应对农业水足迹变化量的贡献值,达53.72%,技术效应和人口效应的贡献值分别为32.86%和13.42%;其中,经济效应对农业水足迹起正向驱动作用,技术效应和人口效应对农业水足迹起到反向驱动的作用。研究结论拓展了长江流域农业水足迹及驱动力分析,同时对于提高农业可持续发展、增加农业用水效率有指导意义。

水足迹理论研究综述

水足迹概念的提出,有别于传统的"取水"指标,创新性地将人们的生产和消费与水资源的消耗和污染联系起来,让人们意识到水资源的总体消耗和污染最终是与生产、消费产品的类型和数量密不可分的。水足迹理论应用研究为水安全战略研究提供了重要基础,成为了水资源管理领域的研究热点之一。本研究从水足迹核算的时空尺度(A级、B级和C级尺度)、水足迹核算范围(蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹)、水足迹可持续性评价及其国内实证研究四个方面对国内外水足迹的研究现状展开评述,并对其研究前景进行了展望。

水足迹视角下黄土丘陵区农业水土资源匹配格局——以山西省和顺县为例

从水足迹视角出发,运用CROPWAT及标准差椭圆模型分析2010—2019年山西省和顺县乡镇域主要农作物生产水足迹和耕地面积的时空变化,运用基尼系数及空间失配指数深入研究2010年、2014年、2019年乡镇域农业水土资源时空匹配格局,并明确调控方向。结果表明,研究期间,和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹和耕地面积总体上均呈下降趋势;绿水足迹对各区域作物生产水足迹的构成贡献最大,占比均超过62.0%;和顺县西部地区作物生产水足迹和耕地的空间聚集性不断增强;和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹与耕地之间的空间失配均逐渐加剧,中部和东部地区农业水土资源分别为中度失配和重度失配,是和顺县未来农业水土资源调控的重点地区;可以将县域10个乡镇分别划分为水源涵养调蓄、水土优化调控与引水节水灌溉3个调控区。总的来说,受社会经济、生产要素投入和气候条件的影响,和顺县农业水土资源匹配协调水平处于失衡状态,但在调控区划分的基础上,有针对性地进行人工调控,仍可实现农业水土资源匹配协调水平的较大提升。

吉林省玉米生长过程水足迹研究

通过对吉林省玉米生长过程水足迹的计算,探讨了不同降水年型玉米生长过程水足迹及其水分来源的变化规律,并利用ArcGIS软件对吉林省玉米生长过程水足迹空间差异进行了分析。结果表明,吉林省玉米生长过程水足迹以绿水足迹为主,占50%左右;对比不同降水年型玉米生长过程水足迹,枯水年最高,平水年次之,丰水年最低;玉米生长过程水足迹空间差异明显,中部地区玉米生长过程水足迹最高,其次是西部地区,东部地区最低。

山东省生产水足迹综合评价

山东省是经济和人口大省,同时也是水资源紧缺省份。水足迹是认识水资源的新视角,能够揭示对水资源的真实占用。基于水足迹视角构建生产水足迹测度模型和评价体系能对2010-2021年山东省水资源利用情况进行评价。结果表明:2010-2021年山东省生产水足迹波动上升,表现为西部和中南部高、东部和中北部低,蓝、绿、灰水足迹均呈增长趋势。在所有核算账户中,农业占比最大。从综合评价角度看,生产水足迹的经济效益逐渐增长,但单位生产水足迹的人口承载力较差,水资源压力指数较大。山东省总体表现为水资源不可持续,水资源压力较大,应及时采取调整产业结构、提高节水技术、增强污染防治等措施以缓解用水紧张的现状。

基于水足迹的鸡蛋生产耗水核算与评价

为了解国内鸡蛋生产的耗水情况,探究不同蛋鸡养殖模式和蛋鸡品种对耗水情况的影响,研究利用水足迹核算方法分析评价中国5家蛋鸡养殖场的鸡蛋生产耗水情况。结果显示:5家蛋鸡养殖场的鸡蛋水足迹为2537.69~3446.85 m^(3)/t,其中,绿水足迹为1653.02~2314.94 m^(3)/t,蓝水足迹为484.07~616.65 m^(3)/t,灰水足迹为400.60~515.26 m^(3)/t,养殖场A中海兰褐和海兰灰品种的鸡蛋平均总水足迹分别为3042 m^(3)/t和3224 m^(3)/t;5家养殖场的鸡蛋水足迹中绿水足迹占比最高,达到66.75%,饲料消耗是影响鸡蛋水足迹的主要因素;养殖场A的鸡蛋水足迹最高,养殖场E最低;相比于海兰褐品种,海兰灰品种产蛋所消耗的饲料量、直接和间接用水更多。建议通过优化饲料配比、提高农业用水效率、增设养殖场的节水设施设备并选择适宜的蛋鸡品种能够有效降低鸡蛋水足迹。

黄河上中游地区能源生产及其水足迹变化特征

为揭示黄河上中游地区能源生产及其水足迹变化特征,基于能源统计数据,利用水足迹理论在市级尺度上定量分析能源产量、能源结构以及能源生产蓝水足迹的时空变化特征。结果表明:1990-2020年黄河上中游一次能源生产总量总体呈现上升趋势,从1.5亿t标准煤增至17.1亿t标准煤,全国占比由13.7%增到41%,空间上能源生产更加集中且重心向上游转移;近30年,黄河上中游能源生产结构中原煤比重呈下降态势,由93.3%减少至88%,天然气比例增加显著,以原煤为主的城市数量明显减少,清洁能源在其能源生产结构中的比重提升;能源生产蓝水足迹由1990年的4.64亿m^(3)增至2010年为25.18亿m^(3),随着能源生产用水效率的提高和清洁能源比重的提升,能源生产蓝水足迹减少至2020年的24.24亿m^(3),其中能源加工蓝水足迹是能源生产蓝水足迹的主要组成部分,空间上能源生产蓝水足迹高值区向水资源短缺的“几字弯”地区集中,加剧了该区域的水资源供需矛盾。研究结果可为黄河上中游地区用水效率提升、能源生产结构优化以及能-水系统协同发展提供理论依据及决策参考。

基于水足迹的黄河流域九省(区)水资源可持续利用评价

为评估黄河流域九省(区)的水资源可持续利用水平,改善水资源状况,实现地区水资源可持续利用,基于水足迹模型提出适合黄河流域九省(区)的水资源可持续利用综合评价指标,并且使用Spearman相关分析法和多元线性回归分析法对黄河流域九省(区)水资源可持续利用水平的驱动因素进行了分析。研究结果表明:2010—2020年黄河流域九省(区)的水资源足迹呈现先增后减的小幅度变化,水环境足迹呈现减小的趋势,水资源足迹和水环境足迹空间分布极不均匀;黄河流域九省(区)整体的水资源可持续利用水平出现了不同程度的上升趋势,上游省(区)的水资源可持续利用水平较高,而中下游省份的水资源可持续利用水平较低。水资源可持续利用水平的主要驱动因素为人口密度和第二产业占比,其次为人均用水量、废水处理率和化肥施用强度。