基于土地利用的水—能—碳关联研究:理论框架与关键问题

研究目的:构建基于土地利用的水—能—碳关联研究框架,并提出该领域研究的关键问题,以期从多要素耦合视角深化土地学科的交叉研究,并为面向多目标权衡的土地利用优化提供参考。研究方法:文献归纳法,理论解析法,综合分析法。研究结果:(1)土地是人类经济社会活动的资源基础、承载空间和“刚性”要素,土地利用结构、功能、强度和布局直接决定了水—能—碳的相互作用格局和强度,并深刻影响水—能—碳关联关系。(2)基于土地利用的水—能—碳关联研究的核心是:开展不同时空尺度水—能—碳关联的“格局—过程—机理—优化—调控”研究,从“自然—社会”二元视角揭示土地利用及其变化对水—能—碳要素的关联强度、组合格局、耦合特征和远程流动的影响机理,阐明基于“要素—空间—系统”的土地利用与水—能—碳的相互影响与反馈机制,识别水—能—碳关联系统风险并提出基于土地利用的协同优化方案和配置对策。研究结论:未来应基于不同尺度土地利用变化及用地转型的视角,重点从影响机制、远程流动、精细化模拟、优化调控和多要素权衡等方面开展水—能—碳关联研究,从多尺度、多视角阐明土地利用对水—能—碳关联的影响机制,探索水—能—碳协同约束下的土地利用格局优化方案。

基于“水—能—碳”关联的城市污水处理系统碳排放研究

从"水—能—碳"关联视角开展城市污水处理系统碳排放研究,有助于揭示污水处理系统中资源的流动、投入过程与碳排放的内在关系机理,并可为城市污水处理系统低碳运行和管理提供重要参考依据。本文基于"水—能—碳"关联的角度,构建了城市污水处理系统碳排放研究的理论框架和方法,以郑州市某污水处理厂为例,评估了污水处理系统运行过程不同环节的碳排放,并对各环节碳排放动态变化的影响因素进行了分析。结果表明:①城市污水处理系统碳排放中,直接碳排放占主导地位,间接碳排放中的能耗和物耗碳排放占比较小;②吨水CH4排放和吨水N2O排放主要受污水处理量和进出水水质浓度(BOD浓度和TN浓度)的影响;③吨水能耗碳排放和吨水物耗碳排放均有呈规模效应的趋势;④城市污水处理系统不同环节碳排放受污水处理工艺、污水处理量、运行工况、进出水水质要求、回用水处理率和能源消耗类型等因素影响。因此,加强城市污水处理系统的资源输入和流通过程的综合管理,推动水、能节约和碳减排的协同对于污水处理系统的低碳运行具有重要意义。

基于“水--能—碳”关联的城市水系统碳排放研究

揭示城市水系统与碳排放的内在关系机理,对于推动城市水能节约和水系统低碳运行具有重要的理论和实践意义。本文分析了城市水系统"水—能—碳"关联机理,并构建了城市水系统碳排放的核算体系,采用2008—2017年的统计数据和调查问卷等资料,对郑州市水系统碳排放进行了核算和实证分析,探讨了其"水—能—碳"关联特征,并分析了不同情景下水系统的碳减排潜力。结果显示:(1)郑州市水系统碳排放涉及取水、给水、用水、排水及污水处理等不同环节。其中,用水系统是郑州市水系统碳排放的主要来源,这表明由城市扩展和人口增长导致的用水需求增加是碳排放增长的主要因素;(2)郑州市水系统不同环节的碳排放构成及其强度具有较大差异。其中,用水和取水系统能耗和碳排放强度增长态势明显,而给水与排水及污水处理系统则相对稳定。取水和用水系统的能耗增加,特别是由城市远距离供水和污水回用引起的碳排放增长应引起关注;(3)郑州市水系统不同环节"水—能—碳"关联特征的差异主要受城市水消耗量的变化、水处理方式和工艺、居民用水行为习惯和节水意识、自然条件及气候变化等因素的影响;(4)未来应重点从城市工业和生活节水、水处理工艺改进、水系统能效提升等方面入手,降低水系统能源消耗和碳排放。