Virtual Water Flows of Brazil’s International Trade

The study aims to measure virtual water flows in Brazil’s international trade. The methodology is based on the input-output matrix, and the database used was the Eora Global Supply Chain Database. The results showed that Brazil exported 230.8 billion m3 of virtual water per year, representing approximately 34.7% of the water footprint of the national production system in 2015. Virtual water imports totaled 111.6 billion m3 with a positive balance (net exports) of 119.2 billion m3. The country is a net exporter of this resource except for trade relations with South America and Africa, regions with negative balances of −36 billion m3 and 3 billion m3, respectively. The main destinations for virtual water exports from Brazil are Europe, with 41% of the total exported, followed by Asia and North America, with values close to 20%. The fact that Brazil is a net exporter of water makes sustainable use of the resource important, as the diversity of climate, soil, and water availability at a regional level is a challenge, which makes it essential to increase the efficiency of the use and management of water resources.

水电高占比下风电接入对系统稳定性影响

随着绿色清洁高效能源基地的构建,以水电为主体的水风互补成为我国西南能源开发的重要特征。为研究在典型水电系统中接入风电对系统稳定性带来的影响,首先,针对水风互补系统以转矩分析法分析了风电接入对系统频率和功角稳定性的影响,并通过算例和Prony分析验证了风速与风电渗透率对系统稳定性的影响。结果表明,风电的接入在一定程度上可以削弱传统水电系统的超低频振荡,而风电接入互联送端系统会导致区域等值惯量的下降,进而使系统区域间低频振荡风险加剧。其次,考虑风电的接入会诱发区域间低频振荡,在风电系统中引入风电的附加综合虚拟惯性与阻尼控制。算例与Prony分析验证了该控制策略能有效提高系统稳定性。最后,在区域间大规模风电接入场景下,利用改进的鲸鱼算法对风电的附加控制器参数进行了优化;结果表明,参数的整定有效提高了系统的频率以及功角稳定性。

省际粮食贸易隐含污染与环境比较优势研究

为协调粮食生产、贸易与面源污染的矛盾,实现绿色农业发展、区域间利益共赢,在测算省际粮食贸易量的基础上,运用灰水足迹方法计算各省隐含氮污染和污染强度,构建了粮食贸易隐含氮污染网络,解析了省际粮食生产隐含氮污染的环境比较优势。结果表明:中国省际粮食贸易网络格局由“条块式”转向“团块式”,贸易集中化趋势明显;省际粮食贸易隐含污染和污染强度呈下降趋势,但地区差异明显加剧了环境不公平;环境比较优势网络表现出“两头小,中间大”的橄榄形分布,环境比较优势最小的地区集中在华北地区,最大为黑龙江。

不同铺设坡度及顺逆坡管长对滴灌管出水量及滴灌均匀度的影响研究

为探究坡度及顺、逆坡管长对滴灌管出水量和滴灌均匀度的影响,选取内镶贴片式滴灌管为试验对象,以坡度和顺、逆坡管长为试验因素,比较了上述3个因素在不同水平下的滴灌管出水量和滴灌均匀度。结果表明在滴灌管入水口处出水量最大;随着距入水口越远出水量呈下降趋势;顺坡管长布置越长会导致滴灌均匀度越低;通过建立函数模型进行寻优结合大田应用在3种不同坡度下所能获得的最大滴灌均匀度分别为:0.9812、0.8966和0.9006。在坡地双向布置滴灌管时,为了获得较高的滴灌均匀度,选择合适的顺、逆坡管长组合尤其重要,应在上述函数模型获得最大均匀度时顺、逆坡管长相差较小的范围内选取,以保证滴灌均匀度满足要求。

基于投入产出模型的内蒙古水资源利用效益评价与分析

贯彻黄河流域生态保护与高质量发展战略、落实“四水四定”发展理念、合理进行区域水资源配置是当前我国水资源管理的重中之重。利用投入产出模型分别分析并对比了内蒙古2012、2017年各部门的用水效率、用水效益、部门关联性及部门间虚拟水的转移量的实际状况。结果表明,各部门完全用水系数总体呈下降趋势;农业部门产出乘数最高为自治区基础产业;建筑业等工业部门的影响力系数不断增大,对其他部门经济拉动力不断增强,可见主导产业仍为工业;内蒙古虚拟水流向主要为农业到制造业和建筑业,制造业到其他行业,农业部门是最大的虚拟水净输出部门及虚拟水流出源头。研究成果可以分析“十三五”以来内蒙古节水型社会建设成效以及为“十四五”以后水资源配置利用规划提供参考依据。

典型冶炼厂大气沉降区农田耕层土壤重金属(Cd、Cu、Pb)输入输出平衡研究

为探究不同大气沉降区农田耕层土壤镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)的质量平衡特征,以距离贵溪冶炼厂34 km(背景区)、6 km(中沉降区)、1 km(高沉降区)的0~20 cm农田耕层土壤为研究对象,通过化学质量平衡方法对土壤重金属的主要输入途径(大气沉降、灌溉水、农药肥料)和输出途径(地表径流、土壤淋溶、籽粒带走)开展为期三年的监测与定量分析。结果表明:背景区、中沉降区、高沉降区由大气沉降导致的Cd年均输入通量分别为0.84、2.26、9.01 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比43.18%、38.33%、100%;Cu年均输入通量分别为17.62、99.68、747.6 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比80.76%、86.24%、100%;Pb年均输入通量分别为13.93、27.43、73.17 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比97.75%、92.36%、100%。背景区和中沉降区由灌溉水导致的Cd年均输入通量分别为1.05、3.60 mg·m^(-2)·a^(-1),分别占比54.62%和60.82%;农药肥料带入的重金属年均输入量占比小于5%,可忽略不计。不同沉降区土壤的主要输出途径均为地表径流和土壤淋溶,输出占比介于86.66%~100%;籽粒带走的重金属输出占比介于2.88%~13.34%。2019—2021年,背景区、中沉降区、高沉降区土壤Cd、Cu、Pb的年均净输入通量均大于0,Cd年均净输入通量分别为1.54、1.96、4.38 mg·m^(-2)·a^(-1);Cu年均净输入通量分别为12.72、28.02、184.0 mg·m^(-2)·a^(-1);Pb年均净输入通量分别为13.03、21.31、55.04 mg·m^(-2)·a^(-1)。综上,建议加强研究区域大气污染源和灌溉水质的长期监测并采取一定的控制措施,同时避免秸秆直接还田。本研究可为区域农田环境质量保护及重金属污染修复治理提供理论支持。

水风光储一体化系统中储能平抑出力波动效果评价研究

随着新型电力系统的发展,风能、光能等高比例新能源的联网运行是实现其大规模开发利用重要途径,也是在双碳政策背景下节能减排的重要方式。由于风电和光伏出力具有极强的随机性与不可控性,高比例的风电与光伏接入电网势必会产生巨大的波动,从而降低电能质量,给电网运行带来许多不便。如何既能高比例地消纳风电与光伏,又能尽量减少其并网产生的不利影响成为一项重要课题。本文建立了风电、光伏及水电的出力模型,分析了不同情景下的出力特点与趋势,根据其出力的强不确定性、间歇性与周期性的特点,计算不同组合方式下的组合能源系统出力数据并对比分析。以某水电站为例,建立以水电调节为主的水风光发电系统,并在其中加入超短期储能装置,研究发现此组合能源出力系统可以很好地平抑出力波动并达到出力最高,且经济效益良好。

灌溉与有机肥处理对冬小麦水分利用效率的影响

探究不同灌溉量和有机无机肥配施的组合处理对冬小麦生长及水分利用效率的影响,为冬小麦的科学施肥管理提供参考。以关中地区冬小麦‘小偃22’为研究对象,通过田间试验,采用等氮原则对有机肥与无机肥进行不同比例配施(F1,100%无机肥;F2,24%有机肥+76%无机肥;F3,48%有机肥+52%无机肥),结合2个水平的灌溉(充分灌溉W1和亏缺灌溉W2),共设计6个灌溉施肥组合处理(W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2和W2F3)。通过测定冬小麦的生长指标(植株株高和叶面积指数)、0~200 cm土层土壤体积含水率(以20 cm为深度间隔)和小麦的产量及构成要素(干物质量、穗长、有效穗数、千粒质量和籽粒产量),分析灌水量与有机无机肥配施对冬小麦生长及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:(1)充分灌溉(W1)条件下,F2、F3处理株高较F1处理分别提高3.4%~21.2%和0.8%~15.9%,叶面积指数提高5.7%~18.5%和16.8%~47.4%,干物质量提高12.1%~26.1%和21.1%~36.0%,穗长提高12.5%和14.5%,有效穗数提高6.6%和9.3%,千粒质量提高18.3%和24.4%,籽粒产量提高14.8%和28.6%,WUE提高14.6%和27.5%;亏缺灌溉(W2)条件下,与F1处理相比,F2、F3处理株高分别提高8.5%~16.2%和0.5%~10.6%,叶面积指数提高4.9%~20.7%和17.0%~50.0%,干物质量提高7.7%~25.7%和15.0%~34.6%,穗长提高12.3%和18.5%,有效穗数提高7.4%和18.0%,千粒质量提高15.3%和25.1%,籽粒产量提高13.1%和31.8%,WUE提高21.4%和35.2%。在相同灌溉水平下,有机无机肥配施处理可以提高土壤体积含水率。(2)W2F2处理对冬小麦株高增长最有效,灌浆期达最大值,较W1F1处理增长10.4%;W2F3处理对冬小麦叶面积指数、干物质量、穗长、有效穗数、千粒质量影响最大,成熟期较W1F1处理分别提高23.6%、39.0%、20.3%、18.4%和33.1%。(3)W2F3处理对冬小麦籽粒产量和WUE的影响最为显著,W1F1、W1F2、W1F3、W2F1和W2F2处理籽粒产量分别提高了35.5%、18.0%、5.3%、31.8%和16.6%;W1F1、W1F2、W1F3、W2F1和W2F2处理WUE分别提高了52.6%、33.2%、19.7%、35.2%和21.4%。亏缺灌溉与48%有机肥+52%无机肥组合处理的冬小麦籽粒产量和WUE最高,该灌溉施肥管理方案为关中平原及环境相似地区冬小麦的科学施肥管理提供了科学依据。

河南省水土保持投资对农业经济及生态系统服务价值的影响

[目的]探究水土保持投资状况对区域景观格局、生态系统服务价值及农业经济的影响,可为区域后续生态建设和高质量发展提供参考。[方法]基于河南省2009—2020年水土保持投资和土地利用数据,运用C-D函数、景观格局指数、当量因子法等,研究了水土保持投资驱动下的农业经济增长、景观格局变化、生态系统服务价值(ESV)的时空演变。[结果]2009—2020年,河南省水土保持投资在农业领域的经济效益和投入产出比(ROI)整体均呈上升趋势,投资效率逐年下降,在2018年下降至最低值。ESV,TA,PD和COHESION与ROI均在0.01水平上显著相关。林草斑块景观连通性、聚集度降低,破碎化程度加剧。ESV的变化以2012年为转折点呈先减后增趋势,其中2012—2017年增长最多,年均增加8.42亿元。空间上,结合等高线和自然地貌分区的边界连接成一条“人”字形曲线,景观格局和ESV均沿此线发生变化,各分区内部保持较强一致性。[结论]水土保持投资对改善农业生产自然环境的作用逐渐超过其在农业领域创造经济价值的作用,优化投资配置可以更好促进该区域生态环境的恢复和改善。

乡镇尺度上1980—2020年广东省生态系统服务分析

分析生态系统服务的影响因子是管理生态系统并提出规划建议的基础。本研究基于InVEST模型量化广东省乡镇尺度的4种生态系统服务。结果表明,广东省各生态系统组成呈“三增两减”变化趋势,不同用地生态系统占比不同;可根据区域需求通过改变用地占比改变生态系统服务占比,进而优化区域生态系统服务。

基于Input-Output模型的新疆水资源合理配置研究

根据2007和2012年新疆统计年鉴和投入产出表等相关资料,利用Input-output模型和水资源结构偏差系数对国民经济各产业的用水效率、用水效益指数等进行了分析。研究表明:2012年新疆各产业水资源利用效率和效益显著提高,但农业用水消耗量远高于其产出效益,第三产业和生态环境产业的水资源消耗呈现递减趋势。此外,工业和建筑业的水资源配置较为合理。最后,为促进新疆水资源优化配置提出了相应的对策建议。

近20年中国经济增长与生产用水脱钩及影响因素分析

采用Topia弹性系数法,评价中国经济增长与生产用水脱钩的程度,并基于投入产出表结合结构分解法,将中国生产用水变动的影响要素分解为经济总量、需求结构、生产技术、第一产业用水效率、第二产业用水效率、第三产业用水效率共6个指标,探讨了2002—2020年中国经济增长与生产用水脱钩状态及影响因素的变化。结果表明:①中国经济增长与生产用水脱钩状态逐渐增强;②中国经济增长与生产用水脱钩的主要影响因素始终为第一、第二产业用水效率,次要影响因素为生产技术、需求结构和第三产业用水效率;③第一产业用水效率、第二产业用水效率、需求结构对脱钩的促进作用整体上减弱,生产技术、第三产业用水效率对脱钩的促进作用整体上增强。

水氮运筹对膜下滴灌制种玉米生长及产量的影响

膜下滴灌技术能够使玉米适应更复杂的种植环境,实现玉米水肥需求的目标。通过研究甘肃引黄灌区制种玉米适宜的施氮量和灌水量,为建立制种玉米水肥一体化灌溉施肥技术提供参考。以制种玉米洰丰19为研究对象,设计不同灌水量和施氮量对膜下滴灌玉米生长及产量的影响。结果表明,灌溉量和施氮量对玉米产量和经济效益有促进作用,施氮量225 kg/hm^(2)、灌水量3750 m^(3)/hm^(2)时,玉米的产量最高,为6639.0 kg/hm^(2),较不施氮肥增产104.67%;施氮量225 kg/hm^(2)、灌水量3000 m^(3)/hm^(2)时玉米产量6539.5 kg/hm^(2),较不施氮肥增产101.60%。考虑高水氮高投入和经济效益时,施氮量225 kg/hm^(2)、灌水量3000 m^(3)/hm^(2)时的纯收入最高,达27439.5元/hm^(2);施氮量225 kg/hm^(2)、灌水量3750 m^(3)/hm^(2)时纯收入27286.5元/hm^(2)。综合形态指标和经济性状,膜下滴灌条件下,施氮量225 kg/hm^(2)、灌水量3000 m^(3)/hm^(2)时的制种玉米的效益较好,同时还可以避免水肥资源浪费,符合节水节肥理念。

旋流式井下二次油水分离同井注采技术适用性分析

针对含水率已达99%、超过经济开采极限的采油井,为进一步降低地面产出液量,在旋流式井下一次油水分离同井注采技术基础上,通过采用井下水力旋流器串联的方式,将采出液在井下再浓缩,形成旋流式井下二次油水分离同井注采技术。室内实验表明,两个水力旋流器串联后,分流比在15%~45%时,最大分离效率达到98.5%。通过现场试验,验证了旋流式井下二次油水分离同井注采技术的可行性,可将地面日产液量降幅提高至85%以上,实现了因特高含水关停的井组再利用,提高了油井采收率,为特高含水油田后期经济、有效开发探索一种新的模式。

基于非期望产出的河南省农业用水效率测度及影响因素分析

水是农业生产不可或缺的物质基础,提高农业生产用水效率对于农业可持续发展和国家粮食安全具有重大意义。以农业灰水足迹作为非期望产出指标,采用超效率SBM模型和Malmquist指数,对2005—2020年河南省18个地市农业生产用水效率进行静态和动态科学测度,并采用Tobit模型分析农业用水效率的影响因素。结果表明:(1)2005—2020年河南省农业用水效率整体呈现增加的态势,但相对于全省平均水平,仍然有一半地区未达到全省平均用水效率。此外,豫西、豫中、豫南、豫东、豫北地区农业生产用水效率呈现逐级降低的分布格局。(2)农业全要素生产率的变化主要依赖于技术效率变化指数,其变化趋势与技术效率变化指数变化趋势基本一致。(3)农业用水比重、第二产业占GDP比重对农业生产用水效率具有显著的抑制作用,而人均GDP、第一产业占GDP比重、农业种植结构对农业生产用水效率具有显著的促进作用。因此,要大力发展农业节水技术,减少农业用水;注重提高农户节水意识;重视农业生产用水效率的区域差异,因地制宜的加快制定符合区域发展的农业用水政策。

石油开发利用的水资源稀缺性评价研究

石油是关系到国家安全的重要战略资源,但现阶段其开发利用受到了水资源的约束。已有研究通过水足迹和虚拟水等指标对石油开发利用的水资源使用情况进行了测算,但不能够全面地反映其面临的水资源脆弱性。本研究基于投入产出分析方法,考虑区域水资源压力,构建了稀缺水足迹评估模型和虚拟稀缺水贸易测算模型,从石油开发利用对稀缺水资源的消耗和对虚拟稀缺水贸易的驱动两个角度进行了综合评价。结果表明,将区域水资源压力纳入水资源使用评估,可以更好地反映中国区域石油开发利用面临的水资源约束。对于宁夏回族自治区等区域,虽然在石油开发利用中使用的水资源量不多,但却面临着严重的水资源稀缺性问题,尤其是石油、炼焦产品和核燃料加工品面临着较大的水资源短缺压力。为了有效缓解上述区域在石油开发利用中面临的水资源脆弱性,有必要从区域和部门层面对关键虚拟稀缺水流动进行识别和管理。从区域层面结果来看,需要重点关注新疆维吾尔自治区、黑龙江省等虚拟稀缺水净流出区域对浙江省、辽宁省等虚拟稀缺水净流入区域在石油开发利用中的虚拟稀缺水转移。从部门层面结果来看,需要重点关注能源类行业和农业对石油、炼焦产品和核燃料加工品的虚拟稀缺水的转移。为了有效缓解石油开发利用中面临的水资源压力,本研究呼吁构建高效协同的水资源管理机制,将水资源稀缺性作为核心考量因素纳入区域石油开发利用战略规划中。同时,加强能源部门与水资源管理部门的跨部门合作,科学规划开采布局与规模,确保石油开发活动不损害水资源安全。此外,通过虚拟稀缺水的区域调配、推广节水和水资源循环利用工艺技术等方式,推动中国石油资源的可持续开发利用。

3种沉水植物-沉积型微生物燃料电池对黑臭水体修复的研究

沉水植物-沉积型微生物燃料电池(Submerged plantsediment microbialfuelcell,SP-SMFC)是目前解决修复水体复黑臭最有发展前景的技术之一。以黑臭水体底泥为底质,构建了3种不同的沉水植物与沉积型微生物燃料电池耦合系统:分别为篦齿眼子菜-沉积型微生物燃料电池(标记为SP-SMFC1)、矮生苦草-沉积型微生物燃料电池(标记为SP-SMFC2)和金鱼藻-沉积型微生物燃料电池(标记为SP-SMFC3),为对照还构建了无植物的对照组(标记为SMFC)。结果表明:所构建的实验系统经驯化后能够稳定运行;引入沉水植物可提高系统输出电压,其中SP-SMFC2系统平均最高输出电压最大为0.659V;各实验组对底泥和上覆水的有机质和氮磷去除效果明显;构筑的系统可以有效防止水体复黑臭的发生。

不同施肥处理对甜椒生长性状、产量产值及土壤肥力的影响

为探索甜椒种植的最佳施肥方式,提高甜椒产值产量。以优质甜椒品种富裕(35-613)为供试材料,设置3种施肥处理,即常规施肥(T1处理)、水肥一体化+水溶肥料施肥(T2处理)、单施基肥处理(CK处理),同时监测土壤变化,研究不同施肥处理对甜椒生长性状、产量、产值以及土壤肥力的影响。结果表明:与单施基肥处理(CK)相比,常规施肥处理与水肥一体化+水溶肥料施肥处理均能增加甜椒果长和果重,促进甜椒结果、壮果,其中,水肥一体化+水溶肥料施肥处理在减少化肥投入的基础上增加了甜椒的产量和净产值,效果最好,并且能有效提高土壤养分,缓解土壤酸化,适合田间推广使用。

“双循环”背景下中国虚拟水流动格局特征分析——基于MRIO模型

水资源是一项关系到国计民生的基础性自然资源和战略性经济资源,揭示虚拟水流动格局特征对水资源可持续发展具有重要意义。本研究通过构建多区域投入产出(MRIO)模型,利用2017年中国区域间投入产出表数据,构建区域间虚拟水资源核算体系,测算2017年中国贸易隐含虚拟水流量,从省内循环、省际循环和国际循环3个循环结构揭示中国虚拟水流动格局特征,为中国水资源管理政策制定提供有效建议。结论如下:1)中国虚拟水贸易呈现内循环占主体、国际循环占比较少的分布特征,其中内循环平均占比超过90%,省内循环平均占比超过70%,即区域间循环比重较少;2)虚拟水贸易的转移格局与中国区域水资源禀赋存在分布差异,经济较发达的丰水地区水资源最终需求呈现对外的极大依赖性,相反水资源稀缺地区对省际虚拟水流入依赖度较低。结果表明,中国应强调国内循环的主导作用,通过国内大循环推动国内国际双循环;同时依托虚拟水战略,打破省际壁垒,鼓励提高区域间循环比例,推进水资源的可持续管理。

黄河流域水稀缺风险评价

基于黄河流域水稀缺特点及其成因,提出了综合考虑水量､水质和生态需水因素的流域水稀缺风险(WSR)评估框架,以此评估了2017年黄河流域90个地级市42个部门的直接水稀缺风险损失(DWSR),并通过构建城市尺度环境拓展多区域投入产出模型(MRIO),评估了城市间贸易驱动的间接水稀缺风险损失(IWSR).结果表明:流域DWSR和IWSR分别约为28941.49亿元和34464.08亿元,贸易导致的间接经济损失大于直接经济损失;各城市DWSR和IWSR整体上呈现一定的空间差异性,但高风险城市具有明显的空间集聚性和重合性,主要集中在流域中下游的山东､河南两省,如潍坊､淄博､郑州等;IWSR转移主要由各省内的城市间贸易产生,省际间的风险转移没有形成明显的热点区域;农林牧渔业､化学工业､石油加工､炼焦和核燃料加工业等部门的DWSR较高,同时也是主要的IWSR出口部门.建议结合识别出的重点城市､关键部门等全面加强WSR管理,协同推进黄河流域节水控水､水质改善和生态用水保障,促进流域水资源节约集约高效利用.