基于水资源生态足迹的沿海11个省级行政区水资源可持续利用分析

基于水资源生态足迹模型,对中国沿海11个省级行政区2005—2020年水资源生态足迹、水资源生态承载力及水资源可持续利用进行分析。结果表明:①水资源生态足迹与水环境生态足迹变化趋势相似,总体呈“W”型变化轨迹,水环境生态足迹占比为3类水资源生态足迹账户中最高,表明水环境生态足迹是水资源生态足迹的主要产源;②4类淡水生态足迹中,农业用水生态足迹占总淡水生态足迹的比重最高,农业用水生态足迹远高于工业、生活和生态用水生态足迹(除上海外),表明农业用水生态足迹是淡水生态足迹的主要贡献类型;③受自然因素和社会因素的影响,水资源生态承载力波动明显,呈南高北低的分布格局;④水资源整体上处于生态赤字状态,仅广西在研究期内一直为水资源生态盈余,水资源负载指数呈增长趋势且整体在II级以上,表明水资源利用程度高,潜力小,开发利用较困难,万元GDP水资源生态足迹呈下降趋势,水资源利用效率不断提升,水资源可持续利用具有一定潜力。

沱江流域水资源生态安全状况分析

为研究沱江流域水资源可持续利用状况,采用水生态足迹模型计算流域2010—2021年的水资源生态足迹和水资源生态承载力。通过二者的差值水资源生态盈亏指数,对沱江流域内各市近12年的水资源可持续发展状况分析;通过水资源生态压力指数,对沱江流域各市水资源受压迫程度分析。分析结果如下:①沱江流域内水资源生态状况日益改善,至2021年流域内各市水资源生态均处于盈余状态,水资源压力指数均>1,表明流域内各市水资源处于安全状态;②流域内农业水资源生态足迹是总水资源生态足迹主要贡献者;③流域内各市水资源安全状况各异,其中内江市水资源生态压力最大,泸州市水资源丰富有更多合理开发利用的空间。

黄河流域农业水资源生态韧性与用水效率耦合协调及驱动因素研究

韧性与效率是可持续发展的两个核心要素,统筹农业水资源生态韧性和用水效率协调发展,对于推动黄河流域生态治理和农业高质量发展具有重要现实意义。利用熵权-Topsis法、超效率SBM模型对黄河流域农业水资源生态韧性与用水效率进行测度,构建耦合协调度模型分析两者间的协调发展水平,借助核密度估计、ArcGIS图示法、Dagum基尼系数和空间自相关考察耦合协调度的时空演变格局及空间集聚效应,并运用地理探测器模型识别其驱动因素。结果表明:①时空演化上:2007-2021年全流域耦合协调度均值呈现先降后升的“U”形演化趋势,良好协调区呈现由点到片、由北至西南、由外围向内部蔓延的空间格局。②区域差异上:中游区域内差异扩大,上游和下游区域内差异缩小但两者区域间差异最大。③空间集聚上:偏向于随机分布且空间集聚较弱,未形成连片效应。④驱动因素上:自然灾害、研发投入与产业发展是协调发展度的主要影响因子。针对协调演化发展现状,提出“中心带动边缘”、“技术协同管理”、“政府结合市场”的一体化、系列化、多元化发展策略。

基于SD模型的张掖盆地水资源生态足迹核算与预测

根据水资源生态足迹模型,通过构建张掖盆地水资源利用SD模型,设计5类不同情景来核算和预测现状(2000—2020年)和未来(2021—2050年)张掖盆地水资源生态足迹和生态承载力。结果表明:对于现状,人均水资源生态足迹、生态承载力和生态盈亏均值分别为3.517、0.272和-3.245 hm^(2)/人,水资源生态压力指数和生态足迹强度均值分别为12.969和2.822 hm^(2)/104元;农业用水在张掖盆地水资源生态足迹核算中占绝对优势但占比在下降,农业领域是节水的重点且潜能较大;水资源生态足迹强度明显下降(降幅90.21%),证明了张掖盆地用水效率的上升;张掖盆地的水资源利用压力较大。平均而言,预测期内张掖盆地不同情景中人均水资源生态足迹均大于人均水资源生态承载力,由此导致人均水资源生态亏损的出现;各情景下水资源生态压力指数和生态足迹强度均值分别为12.932、13.483、10.055、12.698和9.846及0.281、0.206、0.201、0.281和0.196 hm^(2)/104元,未来时间里张掖盆地的水资源利用仍然处于不安全的状态。2021—2050年张掖盆地无法有效缓解水资源利用紧张的状况,需采用经济发展与水资源保护兼顾的发展方案,推荐政府部门采用情景ZS 5。因此,张掖盆地未来水资源利用需要全社会、各部门的通力合作,不断提高水资源利用效率,大力推进节约用水措施和技术的普及与应用,才能确保水资源的可持续利用。

山东省水资源生态足迹与用水效率时空测度

采用水生态足迹、生态承载力及盈亏指数,从时空角度分析2000—2018年山东省水生态足迹、万元GDP用水效率随时间演变情况,并对2007,2010,2015和2018年山东省17个地级市水生态足迹和用水效率时空差异进行研究,以揭示山东省水资源利用效率及空间分布特征,为水资源优化利用提供参考依据.2000—2018年,山东省水生态足迹呈先升后降趋势,其中农业水生态足迹最高,但呈下降趋势,农业用水效率有所提升;工业用水效率持续高于农业,且处于稳定态势.山东省总体水生态赤字较严重,大多数地区处于水生态亏损状态,济宁市水生态赤字最大.空间上,山东省水生态足迹高值区分布较为稳定,集中分布在山东省西部,且西部地区水生态赤字严重;而沿海城市用水效率较高,水生态赤字相对较低,临沂和烟台2市的水生态承载力较高.各地市万元GDP水生态足迹相差较大,呈西部高、北部低的空间格局.山东省应结合区域实际情况,在农业、工业、生活和生态用水等方面采取相应措施,提高用水效率,促进区域可持续发展.

基于用水负效益的农业水资源生态经济系统损耗度评价

农业用水过程中供水、用耗水、排水、纳污环节产生的负效益会对农业水资源生态经济系统产生一定程度的损耗,进而影响系统的可持续性。基于农业用水过程中各环节产出的负效益,构建农业水资源生态经济系统损耗度评价指标体系,以经济损失率、社会失稳率、生态负载率为指标,运用能值方法、AHP层次分析法分析了2012—2017年郑州市农业水资源生态经济系统损耗度及其发展趋势,结果表明:2012—2016年郑州市农业生态经济系统的经济损失率约为0.25%,2017年上升至0.29%;社会失稳率由2012年的21.46%下降到2017年的7.04%;2012—2016年生态负载率基本稳定为11.7%,2017年上升至13.7%;系统损耗度主要受社会失稳率和生态负载率影响,系统损耗度整体呈下降趋势,由轻度不可持续转变为临界不可持续,逐渐趋于良性发展。

沱江绿色发展经济带水资源生态足迹与经济发展的脱钩分析

为定量分析沱江流域绿色发展经济带水资源消耗与经济增长之间的关系,本文基于水资源生态足迹法,计算得到2010—2021年经济带主要城市水资源生态足迹和水资源生态承载力存在显著的时空差异,除泸州市水资源处于持续盈余状态外,成都市、内江市、自贡市、德阳市和资阳市水资源的供需关系经历了“盈余—亏损—盈余”的转变;沱江流域绿色发展经济带水资源消耗与GDP增长整体处于脱钩状态,且脱钩水平呈明显的上升趋势,说明经济发展带来的水资源消耗程度有所减轻。

珠三角区域水资源生态足迹动态分析与预测

水资源的短缺和过度开发制约着大多数地区的可持续发展,为分析水资源可持续利用水平,基于水资源生态足迹法,通过指标计算法(水资源生态经济协调度、水资源可持续利用水平、人均万元GDP水资源生态足迹)动态分析了2010—2022年珠三角区域各地市水资源可持续利用情况,同时构建GM(1,1)灰色预测模型模拟未来10 a该区域人均水资源生态足迹的演变情况,结果表明:从整体趋势来看,2010—2022年各地市人均水资源生态足迹都有所下降,其中下降趋势最明显的为中山市,下降幅度达到了47.01%;从时间变化上看,珠三角区域各地市的水资源承载力出现较大的差异而呈波动变化;肇庆市的水资源经济协调度较差;佛山市的水资源压力较大,处于不可持续水平;各地市的人均万元水资源生态足迹值都随年份呈下降趋势,未来10 a该区域人均水资源生态足迹呈稳定下降趋势。研究成果可为未来该地区水资源可持续利用和缓解生态环境压力提供决策依据。

基于SWAT的沁河流域水资源生态足迹计算及承载程度分析

水资源生态足迹能够反映人类发展对自然界水资源的压力,明确流域水资源承载状况可为生态环境保护、经济社会发展和水资源科学管理提供决策依据,对推动流域生态文明建设和高质量发展具有重要意义。以沁河流域为例,借助水资源生态足迹模型,利用SWAT模型输出结果计算各子流域水资源生态足迹,并评估沁河流域水资源承载状况。结果表明:2010—2016年沁河流域水资源量多年平均值为6.17×10^(8)m^(3),主要受到降水量影响;各子流域水资源生态压力指数均大于1,说明沁河流域水资源处于不可承载状态,供需矛盾突出;2010—2016年水资源承载状况虽有所改善,但仍处于不可持续利用状态。研究结果可为沁河流域水资源科学管理提供参考依据,同时为其他流域尺度上的水资源生态足迹计算提供新思路。

福州市水资源生态足迹与生态承载力分析

基于生态足迹模型计算2012—2020年福州市人均水资源生态足迹和生态承载力,并运用水资源可持续指数、万元GDP水资源生态足迹以及水资源负载指数分析福州市水资源的可持续利用状况。结果表明,福州市2012—2020年人均水资源生态足迹变化不大,2020年比2012年上升了1.5%,农业用水足迹和工业用水足迹是水资源生态足迹的主要类型。人均水资源承载力2020年比2012年降低了80.0%。水资源生态盈余始终存在,但明显减少。万元GDP水资源生态足迹的降低,表明福州市水资源利用率在提升。水资源负载指数增加,说明福州市水资源利用潜力在下降,某些年份甚至需要从其他流域调水。

京津冀水资源生态足迹动态变化与预测

采用水资源生态足迹模型、水资源生态承载力模型和水资源可持续利用评价指标对京津冀地区2010-2021年水资源生态足迹进行时空变化趋势分析,并利用长短期记忆时间序列神经网络模型对2022-2026年水资源生态足迹进行了预测。结果表明:2010-2021年京津冀地区水资源生态足迹呈先减后增趋势,其中北京生产用水生态足迹逐年下降并低于生活用水生态足迹,天津和河北生产用水生态足迹占比最大;京津冀地区生态环境用水生态足迹均呈波动上升趋势;2010年以来京津冀地区水资源生态足迹呈向中部核心城市转移趋势,各区市水资源生态承载力均远低于水资源生态足迹,呈生态赤字状态,其中,唐山市、辛集市、雄安新区、衡水市生态赤字较大,超过0.5 hm 2/人,水资源供需严重不平衡;京津冀地区万元GDP水资源生态足迹总体呈下降趋势,其中河北绝对值远高于北京和天津,节水潜力空间较大;京津冀地区2022-2026年水资源生态足迹呈缓慢上升态势,水资源供需矛盾将进一步加剧。

福建省2010-2019年水资源生态足迹与生态承载力

[目的]对福建省水资源生态承载力进行研究,为该区水资源可持续利用提供科学依据。[方法]以水资源生态足迹作为理论基础,叠加水资源生态足迹三维模型,并以福建省2010—2019年数据为主,分析福建省水资源生态足迹、水资源生态承载力以及水资源空间格局。[结果]福建省2010—2019年水资源生态足迹总体呈下降趋势,变化范围为0.696~0.928 hm^(2)/人;水资源生态承载力受降水影响,年际变幅较大,变化范围为2.602~10.944 hm^(2)/人,为水资源生态盈余。万元GDP水资源生态足迹呈现明显下降趋势;福建省西部地区水资源承载力明显好于东部沿海地区。水资源足迹深度为1,水资源足迹广度波动范围在1以下,并呈下降趋势。[结论]福建省水资源比较丰富。目前条件下,该省水资源承载力能够满足当地经济发展。但福建省水资源承载力年际变化较大,空间分布差异较大,随着经济的发展,水资源还是存在一定风险。

基于文献计量的水资源生态足迹现状及热点研究

为了分析水资源生态足迹的研究现状和热点趋势,本文以中国知网(CNKI)和web of science数据库为数据源,运用CiteSpace可视化分析软件,对2005-2020年水资源生态足迹领域中文和英文论文的发展现状和研究热点进行分析。前者包括发文数量、文献来源、研究机构、作者、地域合作网络和高被引文献等,后者包括关键词聚类分析和热点突现词分析等。常规参数分析结果表明:关于水资源生态足迹的研究,中文文献早于英文文献,二者发文量总体上都呈现上升趋势,是目前研究的热点领域;大部分中英文文献来源于领域内核心期刊,主要涉及环境和生态等领域;中文文献的研究机构合作网络较分散,而英文文献的研究机构合作关系更为密切;中文文献的研究者较多,形成相对明显的合作子群,而英文文献发文者较少且以中国学者居多;中国、美国和荷兰等国家是文献发表的主要力量。在热点突现词分析中,生态足迹的突现强度最高,表明水资源生态足迹研究进入成熟阶段。未来应加强水资源生态足迹领域的研究深度与广度,实现多学科交叉融合。

江西省水资源生态足迹评价与预测

为了定量评价江西省水资源生态安全的状况,采用水资源生态足迹模型、系统动力学法和情景分析法,通过构建江西省水资源利用系统动力学模型,设计了保持现状(JS1)、经济增长(JS2)、节约用水(JS3)、综合发展(JS4)4种发展情景,对现状(1999~2021年)和未来(2022~2050年)江西省水资源生态足迹进行评价与预测。结果表明:现状年份江西省水资源生态足迹和生态承载力均呈缓慢平稳上升趋势,水资源生态协调性较好,处于较安全的合理利用水平;未来年份4种发展情景下江西省水资源生态足迹呈增长趋势、水资源生态盈余呈下降趋势,除情景JS3外的其余情景均出现了水资源利用不安全的情况。经过比较,情景JS4具有较适中的水资源可持续利用评价指标,能够兼顾经济的发展和水资源的保护,是满足江西省水资源可持续利用的最佳情景。江西省在未来应采取节约用水、提高用水效率、合理调整产业结构等措施保证社会经济和水资源的可持续发展与利用。研究成果可为区域水资源可持续发展提供科学依据。

山东省龙口市水资源生态足迹评价与预测

根据水资源生态足迹模型和系统动力学方法构建山东省龙口市水资源利用系统动力学模型,设计了趋势保持型(LS1)、经济发展型(LS2)、节约用水型(LS3)和综合发展型(LS4)4种不同情景,对龙口市现状年份(2007―2022年)和未来年份(2023―2050年)水资源生态足迹进行评价与预测。结果表明,龙口市现状年份人均水资源生态足迹、生态承载力和生态赤字的均值分别为2.671×10^(-3)km^(2)/人、0.753×10^(-3)km^(2)/人和1.918×10^(-3)km^(2)/人,水资源生态压力指数的均值为3.548,龙口市水资源压力过大,处于不安全利用的状态。龙口市未来年份4种情景下的人均水资源生态足迹的均值分别为3.689×10^(-3)km^(2)/人、4.091×10^(-3)km^(2)/人、3.057×10^(-3)km^(2)/人和3.811×10^(-3)km^(2)/人,人均水资源生态赤字的均值分别为2.911×10^(-3)km^(2)/人、3.314×10^(-3)km^(2)/人、2.279×10^(-3)km^(2)/人和3.033×10^(-3)km^(2)/人,水资源生态压力指数的均值分别为4.742、5.260、3.930和4.899。2023―2050年水资源压力和不安全利用的状态将在龙口市持续。LS4既可以保证经济的发展,也能够降低水资源不安全利用的程度,是龙口市未来应该考虑采用的发展情景,但是需加大各种节水措施和技术的应用程度,提高各部门的用水效率,多管齐下,才能最终保证实现水资源可持续的利用。

黄河下游地区水资源生态足迹时空分析与预测

[目的]评价黄河下游水资源生态承载状态,为地区水资源管理与规划提供理论依据。[方法]运用水资源生态足迹理论结合对数均值迪式指数分解法(logarithmic mean divisia index,LMDI)对2007—2020年黄河下游水资源生态足迹的时空分布特征及驱动机制进行核算分析,并通过灰色预测模型GM(1,1)对2021—2030年的水资源生态足迹变化趋势进行预测。[结果]黄河下游历年水资源生态足迹远高于生态承载力,水资源生态赤字现象严重;水资源生态足迹与生态赤字年际间均呈波动降低趋势,用水效率逐渐提高,农业用水是最大的水资源生态足迹账户;黄河三角洲是黄河下游水资源生态压力最大的区域,淄博、济南、郑州和泰安4市的生态压力相对较小;经济效应对黄河下游水资源生态足迹变化起正向主导作用,技术效应起负向主导作用;预测结果表明,2021—2030年黄河下游人均水资源生态赤字由0.387 hm^(2)/人降至0.359 hm^(2)/人。[结论]在生产力快速发展和用水结构优化调整等综合作用下,黄河下游地区用水效率逐渐提高,水资源生态压力有一定幅度的缓解。但由于该区域水资源生态赤字基数较大,未来水资源可持续利用形势依旧十分严峻,亟待进一步加强水资源的统筹管理,助力黄河下游地区高质量可持续发展。

川东南水资源生态足迹及生态承载力时空分析研究

随着城镇化持续推进,水资源供需矛盾不断升级,水资源问题日益凸显,已严重制约地区经济的健康发展。因此,定量评价水资源生态承载状态,为地区可持续发展提供科学依据。收集了川东南地区2005-2019年的经济、人口及水资源等数据,基于水资源生态足迹等模型,计算了川东南地区水资源可持续指标,并对其时空变化特征进行了分析和探讨。结果表明:(1)2005-2019年,人均水资源生态足迹整体走势为先增后减;水资源生态承载力波动幅度较大,其变化轨迹与降水量有较为密切的关系;水资源量为生态盈余,水资源处于可持续发展的状态,能满足目前社会经济发展的需要。(2)2005-2019年,亿元GDP水资源生态足迹逐年降低,表明区域水资源利用效率逐渐提高;水资源负载指数处于在Ⅱ和Ⅲ级之间,表明区域水资源开发利用程度高,暂不需跨区域调水;水资源可持续指数常年处于0.7~0.9之间,可持续状态处于中可持续与强可持续。(3)2015-2019年,各地级市水资源生态足迹、生态承载力以及生态盈亏等指标存在空间上的差异。乐山市、眉山市水资源量相对丰富,经济发展与水资源利用的协调关系较好;泸州市和宜宾市的水资源生态盈余处于中低值水平,其水资源生态承载力有待提高;自贡市、内江市以及资阳市的水资源生态承载力低、水资源生态盈余小,水资源生态压力较大。

变化环境影响下北京市水资源生态足迹预测与评价

通过构建变化环境下北京市水资源利用系统动力学模型,设计10小类情景,对2022—2030年北京市水资源生态足迹进行预测与评价。结果表明:(1)2022—2030年,各情景下人均水资源生态足迹呈下降趋势(情景CC-wet除外),均值0.414~0.475 hm^(2)/人,人均水资源生态承载力呈下降趋势,均值0.101~0.139 hm^(2)/人,人均水资源生态赤字均值0.293~0.367 hm^(2)/人,水资源生态压力指数呈波动变化趋势,均值3.225~4.608,将面临水资源不安全利用局面,水资源生态足迹强度呈显著下降趋势,均值0.013~0.024 hm^(2)/万元,水资源利用效率不断提高;(2)气候越湿润,北京市水资源生态足迹、生态赤字、生态压力及生态足迹强度越小,反之亦然;(3)经济快速发展对水资源生态足迹、生态承载力、生态赤字和生态压力指数产生显著影响,南水北调工程对水资源生态足迹和生态赤字有缩减效果,畜牧业节水对水资源生态足迹相关指标影响较小;(4)北京市在未来要兼顾经济发展和水资源保护,采取措施应对气候变化影响,充分利用南水北调工程,不断提高节水意识和用水效率,多管齐下促进经济和水资源可持续发展。

天津市水资源生态足迹研究

以水资源生态足迹模型为基本结构,根据天津市2008—2019年数据,分析了天津市水资源生态足迹、生态承载力和水资源生态压力变化驱动因素。结果表明:天津市2008—2019年水资源生态足迹呈平稳波动。水资源常年处于生态赤字,最高为0.287 hm^(2)/人。天津市水资源生态足迹仍以农业用水为主,近几年呈明显降幅。天津市2008—2019年万元GDP水资源生态足迹呈波动性下降趋势。天津市历年水资源生态压力指数变化范围为4.284~21.442,远大于1,水资源开采处于非常不利的阶段。天津市常年依靠外调水缓解本地水资源供需矛盾,外调水的补充,对天津市的水资源生态承载力起到一定影响作用。

四川省水资源生态足迹及可持续利用综合评价

水资源可持续利用评价是水资源可持续管理的重要手段。在分析水资源生态足迹和生态承载力时空变化的基础上,结合水资源生态足迹指标,以压力-状态-响应(PSR)模型为框架构建了水资源可持续利用评价指标体系,运用熵权法和综合指数法对四川省2010—2019年水资源利用水平进行综合评价。结果表明:2010—2019年,四川省人均水资源生态承载力呈“W”型变化,人均水资源生态盈余在时间上呈波动变化,空间上存在明显差异,呈西高东低分布。综合评价中压力指数、状态指数、响应指数分别呈下降、上升、上升趋势,综合评价指数在2015年最低(0.1096),2019年最高(0.2121)。研究显示,四川省水资源可持续利用状况有所改善,仍需提高生产、生活、生态环境用水账户的用水效率,进一步推进水资源可持续利用。