不同尺度下水-能-碳系统空间关联关系分析

为应对气候变化和资源短缺压力的影响,研究水资源、能源和碳排放之间的关联关系,对促进“资源-环境-社会”的协调发展和推进绿色可持续发展进程具有重要意义。本文采用多区域投入产出模型,从三个尺度分析中国水-能-碳系统的变化情况和关联关系,结果表明:中国水资源、能源和碳排放空间转移的重心均位于东部地区,省际间水足迹、能源足迹和碳足迹贸易在产业关联路径的流量不断缩减,国际贸易水足迹的增加不利于改善中国水资源空间分布不均衡的情况;中国的30个省份水生产部门每万元产值的完全能源消耗量保持在较为稳定的低水平,完全用能效率高于直接用能效率,每万元产出的完全碳排放量高于直接碳排放量的情况居多,绝大多数省份直接和完全碳排放效率较高;五个能源生产部门每万元产出直接用水量、完全用水量和碳排放量均呈下降趋势,电力、热力的生产和供应业始终是直接和完全用水量与碳排放量最高的部门,且直接用水与碳排放量高于完全用水和碳排放量。

基于水土资源承载评价的灌区水土资源时空优化配置研究

以贵州省某典型灌区为例,利用系统动力学、压力-状态-响应模型等,建立水土资源承载能力的评价方法。验证分析显示,灌区1996、2004、2012和2020年的水土资源承载状态分别为轻度、逼近、逼近和平稳。结果表明,研究提出的评价体系对灌区水土资源承载能力分析具有合理性和可行性,灌区的水土资源承载状态在空间中为积极性变化,但变化速度减缓,严峻以及轻度承载面积在空间分布中逐渐向盐碱化等趋势过渡。

中国经济社会消费水量、效率及其未来极值

为客观评估消费环节的真实水量消费和用水效率,在虚拟水分析的基础上研究经济社会消费水量。基于国家和各省水资源投入产出表,构建虚拟水通量以及综合用水效率评价模型,评估2007、2012、2017年我国31个省(自治区、直辖市)虚拟水通量、经济社会消费水量及其综合效率,并对未来经济社会消费水量极值进行预测。结果表明:国内虚拟水输入区向高收入区域聚集,虚拟水输出区向水资源密集型产品生产地聚集,考虑虚拟水流通后,各省(自治区、直辖市)综合用水效率具有趋同性特征,人均综合消费水量与经济发展水平呈较好的对数关系,经济越发达、居民生活水平越高,人均综合消费水量越高;由于国际贸易商品结构变化,2012年之前我国经济社会用水量高于经济社会水消费量,之后后者超过前者,预期在2035—2040年我国经济社会消费水量将达到6 907亿m^(3)极值,比经济社会用水量高427亿m^(3)。经济社会用水量和经济社会消费水量分别反映生产端和消费端用水规模,随着经济社会生活水平提升以及生产结构和贸易结构的转变,经济社会消费水量超过经济社会用水量规模将日趋扩大,二者差额主要通过虚拟水解决,需要合理优化商品进出口结构,避免大宗进口引发经济和社会风险。

空间溢出视角下新型城镇化进程对水资源压力的影响

利用我国31个省(自治区、直辖市)2004—2019年的面板数据,从人口、经济、空间、社会、生态5个方面综合测度我国新型城镇化发展指数,并结合水足迹和供需平衡思想测算各地区水资源压力指数;运用空间计量模型,探究了新型城镇化发展对水资源压力的空间溢出影响。研究结果表明:在普通面板回归下,我国新型城镇化发展水平与水资源压力正相关,进一步地加入空间关联因素后,新型城镇化发展对水资源压力的正向作用增强;新型城镇化发展水平的提高会给邻近省份带来明显的正向溢出作用;基于空间溢出视角较好地刻画了各省份内部、省份之间发展需要和资源压力的矛盾,可为实现新型城镇化的高质量发展提供有益参考。

基于PSR模型的长江流域水资源系统韧性分析

为探究长江流域水资源系统韧性水平及其提升路径,基于PSR模型的研究框架,建立了长江流域水资源系统韧性评价指标体系,分析了长江流域11省市2008—2019年水资源系统韧性变化及其影响特征。结果表明:2008—2019年长江流域整体和各省市水资源系统韧性总体均呈上升趋势,其中江西、湖北、湖南和安徽的水资源韧性变化为压力驱动型,上海的韧性变化为状态驱动型,云南、贵州和浙江的韧性变化为响应驱动型,而重庆、四川和江苏的韧性变化为多重交替驱动型。建议在国家政策规划层面强化水资源韧性建设,并在长江流域各省市间形成区域韧性提升的联动联防机制,进而在流域规划、区域合作和措施落实方面共同促进长江流域水安全保障水平的提升。

粮食主产区粮食生产与农业水资源压力脱钩关系研究

我国粮食生产与水资源短缺之间的矛盾日益突出,探讨粮食主产区粮食生产与农业水资源压力的关系尤为重要。本研究首先分析粮食主产区2004—2018年农业水资源压力的时空变化,运用Tapio脱钩模型对粮食生产与农业水资源压力的脱钩状态进行解析,其次结合“粮食生产水资源投入”这一指标与全局参比的超效率SBM-DEA模型测算了粮食主产区的粮食生产水资源利用效率,进一步分析了粮食生产水资源利用效率对农业水资源压力的影响。结果表明:粮食主产区农业水资源压力存在时空异质性,总体上北方粮食主产区的农业水资源压力大于南方,尤其是河北、河南、山东,其压力值始终大于1.5;2004—2018年,粮食主产区粮食生产与农业水资源压力的脱钩状态具有阶段性特征,前期以扩张负脱钩为主,中期北方与南方粮食主产区分别以绝对脱钩和扩张负脱钩为主,后期强负脱钩类型的省份范围扩大;粮食主产区粮食生产水资源利用效率整体均值为0.719,仍有一定提升空间,且提高粮食生产水资源利用效率对缓解农业水资源压力具有显著作用。研究结果为理解粮食生产与农业水资源压力的关系变动提供了新的视角,强调了未来在促进粮食稳定生产的同时,应注重通过提高粮食生产水资源利用效率、优化粮食种植布局、提升农业基础设施水平等途径缓解农业水资源压力。

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。

基于水稻生产水足迹的盘锦市水资源利用效率评价及水土资源测算与评价

水足迹是评价人类活动对水资源开采和水环境污染程度的重要方法。为缓解盘锦市水资源问题,结合水稻生产水足迹评估水资源利用效率,探究水稻生产中水土资源配置及短缺压力。结果表明:①2009-2021年,盘锦市水稻生产单位质量水足迹年均值为1.26 m^(3)/kg。从用水来源来看,绿水足迹和蓝水足迹占水足迹总量的比重较大。②盘锦市水资源利用程度较高,表现为大多数年份基本不存在水资源压力;水资源开发程度较高;消耗等量水资源所带来的经济价值逐渐增加。③考虑资源数量的水土资源匹配系数均值为0.375万m^(3)/hm^(2),考虑资源质量的匹配系数均值为0.273万m^(3)/hm^(2),盘锦农业生产所产生的资源数量影响大于质量产生的影响。④整体上,水资源短缺压力高于土地资源短缺压力,基于生产视角的水资源短缺压力受社会、经济、生产环境发展因素的影响较小,经济环境因素对土地资源短缺压力影响显著。研究结果可在推动农业用水的高效利用、提高水资源利用率、促进农业水土资源合理配置方面,实现区域水资源的可持续利用。

中国“水量”和“水质”生态足迹及可持续能力量化方法与实证研究

科学测度水资源和水环境可持续能力,对区域水资源管理具有重要意义。从“水量”和“水质”两个角度,对我国31个省域地区的“水量”及“水质“生态足迹、生态承载力和生态压力指数进行研究。结果表明:(1)2000—2020年,我国水资源生态压力指数均小于1,最高值为2011年的0.86,总体水量供给充足,可持续能力强;万元GDP水量生态足迹呈波动下降趋势,用水效率大幅度提升。(2)2000—2020年,我国水质可持续能力均较强,处于安全和较安全状态,水质生态盈余量约2亿hm2;人均水质承载力约为人均水质生态足迹的2倍,且万元GDP产生的污水量呈下降趋势。(3)人均水量生态足迹和万元GDP水量生态足迹的空间重心均位于甘肃省。水量及水质生态足迹高值区,均主要位于“胡焕庸线”西北部,而承载力高值区,主要位于青藏高原和我国南方地区。(4)我国水量可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数,分别占55%、6%和39%;水质可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数,分别占61%、3%和35%;水量及水质可持续能力较强和较弱的地区数之比,约为6∶4。研究揭示了我国水量及水质风险等级的区域差异,有助于为我国水资源管理及水污染防治提供科学依据。

自压滴灌技术在农田灌溉中的应用研究

该文以自压滴灌技术作为切入点,总结自压滴灌技术原理、系统组成结构与应用作用,用于论证自压滴灌技术应用可行性。结合自压滴灌技术实际应用情况,分析当前面临的技术难题,从管网布置、系统参数选择、设备选型、安全防护和建立灌溉制度几个方面阐述自压滴灌技术的应用策略。旨在有效提高农田灌溉的效率和水资源的综合利用率。

吉林省乾安县南部地下水资源量浅谈

乾安县南部地下水的形成与赋存主要受区域地质构造、地形地貌条件的控制,白垩系泥岩构成了隔水底板,其上覆盖着发育广泛的新近系砂岩、砂砾岩和第四系砂、砂砾石,为地下水的形成与赋存奠定了基础,形成第四系松散岩类孔隙潜水、承压水和新近系裂隙孔隙层间承压水。本人根据以上地下水水文地质条件和地下水动力条件进行地下水资源量计算和可靠性分析。

基于水足迹的河北省水资源安全评价

水足迹是基于消费基础的水资源利用情况的指示器,能深刻揭示社会经济系统对水资源的真实消费,为水资源可持续规划与管理提供了新的思路和研究方向。本文以河北省为例,运用产品虚拟水研究方法计算了2010年河北省的虚拟水消费和水足迹。结果表明,2010年河北省水足迹为896.40×108m3,人均水足迹为1 246.04 m3,高于全国平均水平;水资源匮乏度为747.81%,水资源压力指数高达1 054.08%,说明河北省水资源利用呈不可持续状态。亟需加快提高水资源利用效率,优化作物布局、调整种植结构,改善人类消费结构及消费模式和虚拟水进口,强化节水工作。

三种大气可降水量推算方法结果的比较分析

以湖北省为例,分别用气象探空资料累加计算、地面气象资料推算(又有两种)、地基GPS探测资料反演等三种方法计算出该省空中水汽资源含量,并以探空法计算的水汽资源含量为基准来评估其他两种方法计算结果的偏差情况。结果表明:(1)与探空法计算结果相比,地面法计算结果偏小,恩施、宜昌、武汉等3站年平均空中水汽资源含量分别只偏小4.7%、2.9%、5.4%,且两种推算方法计算的月空中水汽资源含量变化趋势一致;(2)宜昌站GPS法比探空法计算结果偏大5.6%,同期地面法比探空法偏小3.5%;(3)对于有降水日的有效空中水汽资源,地面法、GPS法推算的整层水汽含量与探空法计算结果分别相差-1.4%和8.4%。可见地面法和GPS法推算空中水汽资源精度均比较高,可满足空中水汽资源推算要求,且站点多,从而可有效弥补探空站少的不足。总体上GPS法推算空中水汽资源精度略低于地面法,还可在今后应用中进一步订正优化。

河西走廊地区狭义/广义水资源脆弱性对比研究

通过分析水资源脆弱性概念理念研究现状以及三种定量评价法的优缺点,提出了狭义水资源脆弱性(Narrow Water Resources Vulnerability,简称NWRV)和广义水资源脆弱性(General Water Resources Vulnerability,简称GWRV)概念,并采用压力—状态—响应(Pressure-State-Response,简称PSR)理论,构建具有一定物理机制的水资源脆弱性指标体系,分别用PS和PSR下各指标代表狭义和广义水资源脆弱性。建立水资源脆弱性综合指标评价模型,以存在生态环境问题非常严峻的河西走廊地区及其疏勒河、黑河、石羊河3个流域为评价区,进行实证研究。结果表明:(1)现状年2010年,河西走廊地区NWRV和GWRV分别为0.788 7和0.714 9,均为重度脆弱;三个流域,石羊河流域脆弱程度最为严重,疏勒河流域其次,黑河流域最小,但NWRV和GWRV均为重度脆弱;基于最严格水资源管理制度的情景年2020年,相应现状年2010年,河西走廊地区NWRV和GWRV下降率分别达到12.75%和14.04%,脆弱程度下降较大。(2)河西走廊地区,GWRV相对NWRV,其脆弱程度平均有9.57%的下降空间;NWRV代表潜在的脆弱程度,GWRV代表实际的脆弱程度;最严格水资源管理制度对NWRV和GWRV均有明显的适应作用;NWRV-GWRV线在时间序列上呈现平行下降趋势。

基于虚拟水和广义水资源的区域水资源可持续利用评价

以虚拟水为切入点,基于对区域虚拟水生产、消费与水资源之间的关系分析,建立了由经济压力指数和社会压力指数构成的区域水资源承载状态评价指标体系。以郑州市为实例进行研究,结果表明,在1998—2005年间,除2000年和2003年外,经济压力指数均小于1,对经济发展而言区域水资源处于超负荷利用状况;社会压力指数均大于1,对社会发展而言区域水资源处于供需平衡状况。结合水资源承载状态的判断标准及类型,郑州市水资源处于超载状况,超载原因主要是区域经济发展过热。水资源承载状态及趋势分析表明,郑州市水资源超载状态持续发展,从长远来看,区域水资源利用是不可持续的。针对郑州市水资源利用不可持续的特点,指出应通过产业结构升级和优化虚拟水生产结构,使郑州市区域水资源的压力状况逐渐改观。

黑河流域水资源压力定量评价

从流域水资源开发利用条件、经济发展与用水以及流域水环境压力3个角度出发选取6个指标构建了水资源综合压力指数,对2000—2010年黑河流域的水资源压力状况进行了定量分析。结果表明,黑河流域近11a来水资源综合压力指数较高,但总体上呈下降态势,从2000年的0.58逐步降到2010年的0.28。多年来黑河流域的综合治理包括节水型社会建设等措施卓有成效,但地下水位不断下降,生态环境缺水严重,农业用水比重过高等问题仍未缓解。建议今后仍要继续加强节水型社会建设,促进水资源高效利用,压缩农业用水量,以不断减轻流域水资源压力,促进流域水资源可持续利用。

绿洲城市水资源压力及其对城市发展的影响——以乌鲁木齐为例

从水资源人口压力、生态压力、经济发展压力和技术压力4个方面,构建绿洲城市水资源压力评价模型,探讨了乌鲁木齐市1995-2012年的水资源压力指数变化,并分析了水资源短缺对城市发展的影响。研究表明:(1)乌鲁木齐市的水资源压力由1995年的0.32增长为2012年的1.08,呈快速增长趋势,水资源条件、人口快速增长及与发达地区用水定额的差距拉大是主要原因。(2)乌鲁木齐市人均水资源量持续减少,由1995年的729.54 m3/人减少为2012年的377.8 m3/人,减少了近48.21%,已由中度—重度缺水转为极度缺水区域,2009年以来水资源开发利用率甚至超过100%,水资源短缺很大程度影响城市的发展速度与规模。(3)加强水资源管理,实施跨流域调水,适度扩大城市规模,加大节水力度和产业结构调整,提高水资源利用效率,是缓解水资源压力、促进城市健康发展的有效手段。

基于生态足迹模型的区域水资源生态承载力研究

将生态足迹的基本理论应用于区域水资源承载力系统研究,分别构建了区域水资源生态足迹与承载力模型及评价模型,引入了衡量水资源生态压力强度的水资源生态压力指数,以连云港市为例分析了2005～2009年水资源开发利用状况及发展趋势。

旅游地水足迹测度模型及实证分析

水足迹真实反映了一个地区人类生活消费对水资源的占用情况,正确利用旅游地水资源是促进旅游地可持续发展的重要前提。基于G?ssling旅游地水足迹概念模型,立足实体水和虚拟水相结合的视角,从旅游地住宿、餐饮、交通、娱乐、生态5个要素构建了旅游地水足迹测度模型,并对黄山风景区进行实证分析。结果表明:1 2002~2012年间,黄山风景区旅游地水足迹总量由551.15×104m3增加到909.40×104m3,水资源占用呈不断上升趋势。2餐饮、交通、住宿、生态子足迹在水足迹总量中所占比重分别约为59.86%、25.75%、12.07%、2.32%,水足迹总量变化趋势与餐饮水足迹变化趋势大体一致。3虚拟水是景区水足迹总量的主要构成部分,年均约占总量的85.47%,以餐饮、交通为主;实体水年均约占14.53%,以住宿、生态为主。4水资源压力总指数由2002年的0.62增加到2012年的1.02,实体水压力指数由0.53上升到0.87,旅游人数不断增长是黄山风景区水资源压力逐年增大的直接原因。

流域污染分异特征及成因分析

目前中国地表水十大流域水质差异较大,以2013年国家监测网监测数据为例,重度污染水质断面多分布于海河、淮河和黄河中下游地区。究其原因,黄河、海河、淮河单位面积水资源量较少、水资源利用率较高、水体自净能力下降;同时长年居高不下的污染物排放累积效应严重影响水质改善;重污染行业集聚、排放强度大、城市化进程较快、第二产业比重较高等因素加剧了水资源的供需矛盾,最终影响水质改善。