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。

协同调控水-农业-生态的干旱区多水源优化配置

干旱区农业发展往往以挤占生态用水和超采地下水为代价,考虑水-农业-生态互馈关系的水资源优化配置有助于平衡利益冲突。该研究以地下水均衡、经济效益和生态用水满足度为调控目标,构建基于水-农业-生态协同调控的多水源优化配置模型,并推求协调发展度计算式,提出了结合NSGA-Ⅱ算法和协调发展度的协同优化算法,分析石羊河流域水、农业和生态之间的权衡和协同关系,确定水-农业-生态协同提升下的水资源配置方案以及适宜的农业和生态用水比例。结果表明,现状条件下,六河子系统的水资源优化配置方案的经济效益可提升1.9%,实现地下水正均衡0.59亿m^(3);全流域农业和生态用水比例为90%∶10%,渠井用水比为67%∶33%。平水年保障蔡旗来水为3.48亿m^(3)/a时,能够以牺牲中游1.6%的经济效益实现生态用水满足度和地下水均衡量分别较基准情景提升4.8%和18.6%。研究为协同调控复杂的水-农业-生态关系提供了一种有效方法,可为干旱区流域水资源规划与管理提供参考。

基于生命周期的生活节水综合效益评价体系与应用

为定量评价生活节水综合效益,对生活节水概念内涵进行识别,考虑节水和污水再生利用的协同作用,引入生命周期思想和评价方法,提出生活节水综合效益评价体系。以节水保供、节水降损、节水增效、节水减排、节水收益五大内涵准则为框架,构建了包括“目标-准则-指标”三层级的评价指标体系,创新提出节水费效比指标的内涵和计算方法。结合费用效益分析法、模糊综合评价法、层次分析法、熵权法,采用“单指标量化-多权重计算-多指标综合-分等级评价”方法,定量计算生活节水综合效益水平及等级。以南方丰水地区浙江省金华市为例,分别针对农村、集镇和城市研究区开展实例应用。研究结果表明:提出的评价体系能较好地反映客观实际,具有较强的通用性、可靠性和适应性,可为不同区域或用水系统的节水评价工作提供技术支撑。

基于生态足迹法的农业水土资源承载力分析——以三江平原友谊农场为例

本文以三江平原“黑土粮仓”——友谊农场为例,应用生态足迹法对当地的水土资源承载力进行定量评估。结果表明:(1)人均农业水资源生态足迹多年平均值为5.26 hm^(2)/人,生态承载力多年平均值为1.97 hm^(2)/人,水资源生态赤字,生态压力指数平均值为2.82,水资源利用处于不安全状态;人均耕地资源生态足迹小于生态承载力,耕地资源生态盈余,生态压力指数平均值为0.69,耕地资源利用处于安全状态;(2)友谊农场农业水土资源生态足迹和水土资源生态承载力的耦合协调度总体处于一般协调状态;(3)虽然农场土地资源丰富,但水资源稀缺,该地区的水土资源承载力协调水平还有很大的提升空间。研究结果对于黑土地保护,实现农业水土资源可持续发展有重要意义。

黄河流域生态脆弱区农业水资源利用效率实证研究

农业水资源的高效利用关系到黄河流域生态脆弱区水资源的安全.利用Malmquist生产率指数模型和数据包络分析模型(BCC模型),建立了黄河流域生态脆弱区全要素生产率和农业水资源利用效率的计算模型,把研究区域2013—2021年的面板数据代入计算模型中,分析农业水资源利用效率和农业用水全要素生产率.研究得出黄河流域生态脆弱区农业水资源利用效率呈波动下降趋势,青海、内蒙古、陕西三省(自治区)农业水资源利用率达到有效水平,四川与青海两省的农业水资源利用率出现下滑现象,宁夏回族自治区则实现了农业水资源利用效率的提升.农业水资源利用全要素生产率指数与技术进步指数的变化趋势接近.所得结果为黄河流域生态脆弱区农业水资源高效利用政策的制定提供参考依据.

西北内陆盆地水循环特征分析

针对西北地区大开发所面临的水资源问题以及水资源开发所引起的环境问题 ,从大气水、地表水、地下水和生态水之间的转化关系为切入点 ,通过系统分析 ,揭示了西北内陆盆地水循环特征及水资源形成演化规律 ,在此基础上 ,提出了实现生态环境保护和水资源合理开发利用应遵循的基本原则。

基于ISO 14046的工业产品水足迹评价研究——以电缆为例

水足迹国际标准(ISO 14046)于2014年发布,基于生命周期评价(LCA)的思想,水足迹被定义为量化与水相关潜在环境影响的指标。在ISO14046的原则、要求和方法学框架基础上,介绍了工业产品水足迹的计算和评价方法,并以铜电缆和铝合金电缆为例进行研究,分别评价了两类电缆生命周期过程产生的与水相关环境影响。与水足迹网络(WFN)的方法侧重于计算生产产品所需要的水资源总量不同,ISO的方法更关注于产品全生命周期过程的环境影响评价。案例研究表明:铜电缆生命周期全过程耗水量与铝合金电缆相比少24.8%,水短缺足迹相比则少97.9%。这是因为铜电缆生产地江苏的水压力指数(WSI)小于铝合金电缆生产地河北的WSI。由此,在江苏地区生产电缆使用的水资源对当地水环境压力造成的影响远小于在河北地区生产电缆造成的影响。采用科学合理的水足迹评价方法,量化工业产品全生命周期带来的环境影响,能为我国实现工业布局的合理规划和水资源的可持续利用提供科学依据。

基于生态水文阈值调控的内陆干旱区水资源多维均衡配置研究

针对内陆干旱区城市发展和生态环境保护的强烈互斥性,在整体识别内陆干旱区水循环与生态演变耦合作用机理上,构建基于生态水文阈值调控的水资源多维均衡配置模型。模型分3个层次:以流域为单元的水资源系统耗水总量和地下水采补平衡;以行政分区为单元的经济社会系统水量平衡和水土平衡;以河道关键控制断面和灌区为单元的生态环境系统水生态平衡和水盐平衡,并给出相应的多重循环迭代算法。将该模型方法应用于我国内陆干旱区——塔里木河流域,结果显示:在平枯水平年通过累计新增节水灌溉面积85.1万hm^2,累计退减基本农田外灌溉面积41.5万hm^2,累计退减国民经济用水量为75亿m^3,可实现该地区水资源-经济社会-生态环境复合系统的有序良性演化和高效均衡发展,验证了该方法的可行性。

面向水资源可持续利用的综合水足迹评价方法

从概念和方法演变的视角总结分析了目前基于水足迹网络(WFN)和基于生命周期评价(LCA)的两种主要水足迹评价(WFA)方法,并系统比较了二者的差异与联系。在此基础上,以解决水资源的可持续利用为根本目标,提出了服务多用户、面向多目标、覆盖全过程的综合水足迹评价方法。该评价方法体现了生命周期思想,又具有系统性,同时强调了不同利益相关者参与的作用;能够从提升资源使用效率、减少环境影响以及资源总量控制多个维度开展不同层面的水足迹评价,可为制定微观和宏观层面统一的水资源可持续利用决策方案、管理方法提供更为全面的理论与技术支撑。

试论河西绿洲节水型农业的可持续发展

通过对甘肃河西地区工农业生产、生活、人畜饮水及生态用水等水资源利用现状的分析，发现河西地区缺水达32．91亿m^3，水的开发利用率高达92％。而农牧业生产用水占89．03％，且以高耗水的粮食作物为主，水的经济效益仅为0．94～1．14元／m^3，作物水分利用效率0．56，0，73kg／m^3。农业水效益是西北的17．6％、全国的6．2％。因此，提出河西绿洲发展节水型农产业，推广节水型种植业和养殖业，提高水资源利用率，进行产业结构调整，加大肉羊、肉兔、奶业和猪的发展规模。引进并推广苜蓿、马铃薯、棉花、籽瓜、甘草等节水作物种植．耗水系数可由0．62kg／g降低为0．04kg／g，水的经济效益由1．02元／m^3提高到6．15～8．34元／m^3，形成河西走廊以苜蓿草产业、甘草等中药产业、马铃薯产业、棉花产业、肉羊、奶牛、瘦肉猪等畜产业为主的生态产业，延伸产业链，形成河西绿洲农林牧全面发展、粮经饲1：1：1结构合理的节水型生态农业发展格局，以推动河西走廊产业经济带快速发展。

我国煤电生产水足迹评价

为识别能源产业对水资源、水环境的影响和风险,基于水足迹评估理论方法构建了煤电生产水足迹评价模型,并以2016年为例,从区域尺度定量分析了我国煤电生产各环节虚拟水消耗量和虚拟水流动格局。结果表明,2016年我国煤电生产的总水足迹为107.3×10^8 m^3,其中灰水足迹占44%,蓝水足迹占56%;伴随电力的调运,晋蒙和西北地区年虚拟水输出量约为5×10^8 m^3,该区域属于我国缺水乃至严重缺水地区,能源发展面临的水资源和水环境约束十分显著。

荒漠绿洲边缘土地合理利用与沙产业发展技术体系研究——以民勤绿洲为例

通过水土资源现状的分析评价,发现2005年民勤绿洲粮经草比例为36.94∶45.16∶17.90,与1991年相比,土地利用格局正向粮经草比例优化和农林牧协调方向发展;民勤绿洲土地资源的限制性因素主要为水分、土质、盐碱和肥力;对水资源现状分析发现民勤绿洲年缺水量达3.921 8亿m3。根据民勤绿洲自然条件和沙产业发展的理论要求,引进并筛选出适宜民勤绿洲边缘栽培的"中苜1号"、"兰热莱恩德"、"苜蓿54"、"德宝"4个紫花苜蓿品种和乌拉尔甘草、中麻黄、沙葱等优良、节水、抗旱的植物种和品种;提出了民勤绿洲边缘土地合理利用和沙产业的发展方向——节水农业和生态产业,主要包括通过合理的林草、林药间作和草田轮作制度,提高水土资源利用率和光能利用率;培育并发展苜蓿、麻黄、甘草、葡萄、马铃薯、棉花、舍饲肉羊等多种形式的荒漠生态产业。通过这些措施的实施,在民勤绿洲及其边缘地区建立"土壤-环境系统,植物-品种系统,节水栽培及产业化发展的技术措施系统"相互耦合的沙产业技术体系,逐步形成粮经草1∶1∶1的土地利用格局,促进民勤绿洲生态经济型沙产业的可持续发展。

民用建筑生命周期固体废弃物排放的资源环境压力

降低民用建筑生命周期固体废弃物排放带来的资源环境压力,促进经济发展逐步走上资源减量化和环境减压化的轨道,是全社会面临的共同问题。本文借用生态足迹方法和能值分析方法,构建了民用建筑生命周期各阶段固体废弃物排放的资源环境压力计算模型,并以沈阳市图书馆为例,进行了实证研究。结果表明:废弃水泥排放引起的资源环境压力分别占施工阶段生态足迹的48.56%,占使用与维护阶段生态足迹的82.78%,占拆除及废弃建材处置阶段生态足迹的56.73%;而废弃商品混凝土排放造成的资源环境压力在施工阶段生态足迹和拆除及废弃建材处置阶段生态足迹中的比例分别为31.90%和37.26%;就生命周期各阶段而言,拆除及废弃建材处置阶段固体废弃物排放的资源占用足迹最大,占总足迹的92.91%,使用与维护阶段资源占用足迹最小,占总足迹的1.06%。因此,民用建筑在生命周期各阶段削减固体废弃物排放量的重点是减少水泥和商品混凝土的用量,多开发可替代混凝土结构的钢结构或组合结构形式的民用建筑。

变化环境对农业水资源配置的影响研究进展

变化环境下农业水资源系统正经历着深刻的变化,特别是气候变化和人类活动加剧了降水、蒸散、径流、渗漏、耗水等农田水文要素的演变过程,进而影响农业水资源供、用、耗、排、回的全过程。在对我国农业用水过程与特点进行分析的基础上,系统梳理了国内外变化环境对灌区农业供水量、需水量、供需水平衡、水循环及水资源承载力影响的研究进展,系统分析了现有研究存在的不足,提出了未来我国农业水资源配置及水安全保障应对环境变化影响的研究重点:重视变化环境下灌区供水系统及运行模式研究,加强变化环境下作物需水规律研究,强化变化环境下灌区供需水平衡与水资源承载力研究,深化变化环境下灌区水循环与转化机理研究,拓展变化环境下节水灌溉对环境影响的机理研究。

水资源系统生态风险的分析与评价——以香日德绿洲地区为例

水资源系统的风险分析与评价,是水资源可持续利用的关键问题,而对内陆河流域绿洲地区的水资源系统所面临的各种风险进行评价分析,成为研究的热点。以青海省香日德绿洲地区水资源系统为研究对象,建立该地区由水资源径流量的不确定性所造成的风险评价的2个模型,定量分析水资源的不确定性以及这种不确定性对绿洲主要用水行业(农业,防护林网)的风险影响。实例的计算结果表明:香日德绿洲地区的水资源径流量的不确定性造成的风险指标为0.362;对防护林网不完整造成的风险是0.289,而受水资源及防护林共同影响的农业结构存在的风险为0.294,水资源系统的整体生态风险为0.2925。

黄土高原半干旱地区的农业发展与高效用水

黄土高原的大部分处于半干旱地带,属于生态环境脆弱地区,改善黄土高原地区的生态环境和提高生产力不仅是黄土高原地区内部的问题,而且是西部大开发的重要组成部分.本文在总结和对比分析国内外半干旱地区农业发展过程中的成功经验与关键措施的基础上,提出该地区的农业发展战略应该以实现水土资源高效利用和开发基因资源的潜力为目标.同时,针对黄土高原半干旱地区的农业水环境,论述了作物对有限水高效利用的原理,并对该地区农业可持续发展的技术对策提出了建议.

基于LCA对风力发电机的环境负荷分析

应用生命周期分析法(LCA),对风力发电机从原材料的生产制造、运输、建设、运行及拆除报废各阶段进行分析,分别计算各阶段的环境负荷,最终用全球变暖潜力和酸化潜力指标表示,并与燃煤发电进行比较.以沈阳市法库县望海寺风力发电场为实例进行分析,结果表明,在风力发电机的一个生命周期内(平均为20年),环境负荷较大的过程为原材料的制造、发电场的建设与运行维护两个阶段,并且每发电10 MW.h,相对于燃煤发电相比,风力发电可省3.96 t的标准煤,可减少向大气排放CO29.77 t,NOx0.050 t,SO20.02 t,全球变暖潜力(GWP)和酸化潜力(AP)分别是燃煤发电的1.08%和3.12%,但建设过程中的生态破坏较大,为此,在风力发电场的建设中需要进一步加强环保措施,尽量减少生态资源的破坏.

生态经济研究中的整体性视角

在简要介绍整体性视角含义的基础上,总结了生态经济学基本思想、主要问题、学科演替、新兴领域及未来研究主题中体现的整体性视角.分析了传统的水资源社会经济循环规律研究的劣势,在简单介绍了上升性(效率)、发展能力、恢复力和可持续性等指标及其含义后,开发了整体性视角下的水资源社会经济循环规律研究框架.最后系统地总结了整体性视角在生态经济研究中的作用,阐述了在研究工作中培养整体性视角的途径.

三江平原建三江地区30年湿地景观退化评价

因高强度农业开发,1975～2004年的30a间,三江平原自然湿地景观发生了剧变。评估该湿地景观面临的各种压力、分析其所处状态、揭示其演变规律,对于三江平原的湿地保护和恢复至关重要。选取1975年、1989年和2004年的三期LandsatTM遥感影像,基于压力-状态-响应的生态评价框架,对黑龙江省建三江地区景观演变进行分析。结果表明,(1)从1975年到2004年,建三江地区自然湿地大幅减少,农田大幅增加,景观多样性和破碎度显著提高;农业开发是自然湿地面临的主要压力,其中草甸和沼泽湿地是主要的开发对象。(2)1975～1989年的农业开发强度高于1989～2004年。1975～1989年,农田、沟渠面积大幅增加,湿地面积大量减少;通过沟渠排水将湿地开发为旱田,导致该区生态环境质量下降,洪涝灾害频繁;1989～2004年,人们意识到湿地保护的重要性,自然湿地开垦减少,沟渠面积略有增加,并把部分旱田转为水田来达到"以稻治涝"的目的;同时,建立了多个湿地自然保护区并制定了相应的湿地保护条例,使得该区的湿地景观得到了一定的保护。(3)当前三江平原湿地景观面临的问题依然严峻,尤其是排水沟渠的大量存在和旱田转化为水田后导致的水资源短缺和地下水位下降等问题,还将继续威胁现有湿地的存续,基于沟渠系统的综合性水资源管理势在必行。

石羊河流域水资源利用与节水农业发展模式的战略思考

石羊河流域是甘肃省河西内陆河流域中人口最多、水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重、水资源对经济社会发展制约性最强的地区。随着人口增长和经济社会的发展,水资源已严重超载。本文分析了石羊河流域水资源开发利用存在的突出问题,重点讨论了流域水资源可持续利用的战略措施,即围绕"一个中心"、抓住"两个关键"、把握"三大环节"、构建"四大保障"、实施"五大转变"、建设"六大工程";最后提出了流域节水生态农业发展的"五种模式"。