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。

贸易视角下广东省水能源粮食流通与资源间压力互馈研究

基于多尺度投入产出法,核算了广东省各部门水资源能源粮食要素的资源强度,对贸易视角下水资源、能源、粮食3类资源的压力互馈情况进行量化分析。结果表明:2007—2017年,广东省区域经济系统各部门的水资源能源粮食资源强度逐年下降,利用效率逐步提升,水、粮食强度值较高的部门集中于水的生产和供应业、农业等资源密集型部门,能源强度值则以矿业、电力及燃气的生产和供应业较高;各部门吸纳了大量的水资源能源粮食资源净流入广东省经济系统,且主要由制造业进入,城镇居民消费和省外调出是水资源能源粮食的主要最终消费途径;广东省本地资源使用压力因水资源能源粮食资源贸易流通而得到显著改善,能源贸易缓解了本地84.33%的能源使用压力,粮食贸易缓解了本地40.13%的粮食使用压力,粮食贸易对水资源压力的缓解作用达能源贸易的5倍。

基于LMDI和水足迹理论的西安市水资源压力驱动因素分析

为探究水资源压力来源及其驱动因素,利用西安市2013—2020年各类水资源统计数据研究其水足迹的变化趋势,并结合LMDI分解法来分析技术效应、人口效应、结构效应和经济效应对西安市水资源压力的影响。结果表明:1)西安市水足迹在2018年达到最大值,水足迹以内部水足迹为主,其占比为90.24%~95.52%;内部水足迹以农业用水为主,其占比为35.26%~41.82%。从空间结构来看,城六区人均水足迹小于西安市其他地区。2)西安市水足迹在2013—2020年处于水赤字状态,水资源处于超负荷开发利用状态。3)在西安市水足迹驱动因素中,技术效应表现为逆向驱动效果,且对水足迹影响最大;正向驱动因素中经济效应、人口效应对水足迹影响较大,结构效应对水足迹的影响较前两者小。

河西地区水资源可持续利用研究

河西地区是甘肃省的关键农业生产区之一,随着人口增长、经济发展和气候变化,当地面临巨大的水资源压力。以水资源生态足迹法为手段,深入剖析河西地区水资源可持续利用现状。数据分析发现,2013—2022年,河西地区水资源可持续利用取得显著成果,农业用水效率和水资源利用效率明显提高。但是,水资源生态承载力不足,水资源供需关系不平衡,水资源压力指数波动大,仍面临较大的挑战。

武汉市水资源脆弱性评价及障碍因子分析

[目的]对武汉市水资源脆弱性及其障碍因子进行研究,进一步明确水资源系统特征及影响机制,从而为区域水资源管理及高效利用提供科学依据。[方法]结合武汉市水资源现状,基于压力-状态-响应(PSR)模型共选取12项指标构建水资源脆弱性评价体系,运用熵权法确定各项指标权重,并利用集对分析法对水资源脆弱性水平进行评价,在此基础上应用障碍度模型对武汉市水资源脆弱性障碍因子进行识别和分析。[结果]2013-2022年武汉市水资源脆弱性整体呈现逐渐降低的趋势,脆弱性等级由中等脆弱降低为微脆弱,其中压力子系统水资源脆弱性逐渐下降,状态子系统和响应子系统水资源脆弱性呈现波动下降趋势。万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、河流水质达标率、水资源开发利用率和污水集中处理率是影响水资源脆弱性的主要障碍因子;从各子系统来看,其障碍度表现为:压力(P)>状态(S)>响应(R)。[结论]武汉市水资源虽然受到人类活动的影响较大,但其对经济社会的快速发展起到了重要的支撑作用,今后仍可通过不断优化水资源配置,加快产业结构升级及科技创新成果应用,提高污水处理水平,进一步降低区域水资源脆弱性,从而有效缓解水资源的供需矛盾。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

作物主动汲水技术内涵与研究进展

持续创新农田灌溉技术,有利于应对农业水资源短缺、耕地资源不足,也是确保中国粮食安全的重要技术基础。该研究提出了“作物主动汲水”(Crop Initiate Drawing Water,CIDW)概念,并分析其得以实现的基本条件是土壤水非饱和性、外界水水势始终小于大气压、外界水和作物根系的距离有效性、高效的水势能差转化界面。综合文献划分出了压力势差(Pressure Potential Difference,P-CIDW)、渗透势差(Osmotic Potential Difference,O-CIDW)和重力势差作物主动汲水(Gravitational Potential Difference,G-CIDW)等3种形式的CIDW,并分析了其势能特征和基本实现途径。进一步,从硬件设备技术、作物表现、水盐运移与分布、土壤生境等几个方面,重点综述了P-CIDW的研究进展。近十多年来的研究表明,相比漫灌、沟灌、滴灌等传统灌溉技术,适宜参数的P-CIDW能够显著地提高作物产量与水分利用效率、养分吸收和肥料利用率、根际土壤酶活性和微生物多样性、水肥耦合效应,明显地影响了作物生理生化指标、土壤养分有效性和养分空间分布;土壤质地及其剖面构型显著地影响了P-CIDW下的水盐运移与分布;利用初始土壤含水率和基质势、渗水器导水率、供水压力以及时间等参数,可以半机理半经验地估测P-CIDW的累积入渗量。最后展望了CIDW研究的未来,认为,土壤水分-作物关系的基础理论急需要突破、研发高效的势能转化界面材料仍然是发展CIDW技术的关键任务、尽快制定P-CIDW技术标准、P-CIDW控压方法还需要革命性的创新。

基于压力-状态-响应模型的城市水资源承载能力研究

水资源承载能力研究对于人口、社会经济和生态环境的协调发展具有重要意义。以朝阳市区为例,综合考虑该市未来人口增长、经济发展趋势,构建压力-状态-响应模型及其评价指标体系,分析计算当地水资源承载能力。结果表明,即使达到较高的节水水平,现状供水模式也无法满足朝阳市区未来对水资源的需求,外调水是朝阳市区社会经济可持续发展的保障。

基于联系数和耦合协调度的水资源空间均衡评价方法

为定量分析评价水资源空间均衡状况和空间差异,采用联系数和耦合协调度相结合的方法对区域水资源空间均衡进行评价。综合考虑水资源-经济社会-生态环境的复合关系,构建了由水资源承载支撑力和承载压力2个系统、15个评价指标组成的水资源空间均衡评价指标体系,并采用基于加速遗传算法的模糊层次分析法计算了评价指标权重,提出了基于联系数和耦合协调度的水资源空间均衡评价方法。以安徽省为实例进行了验证,结果表明:该评价方法应用于水资源空间均衡评价较为合理,能弥补传统耦合协调度无法体现不确定性问题的缺陷,准确反映系统间的协调作用和整体发展水平。

区域水资源利用压力分析评价

水资源利用压力指数可用来衡量一个区域的水资源相对稀缺性,并判断水资源是否成为社会经济发展的制约因素。基于"压力—状态—响应"概念模型在经济、环境、生态综合评价指标体系中的应用,从人口数量压力、水资源数量压力、水环境压力、水资源技术压力、水资源用水管理压力的角度,建立了水资源利用压力指标体系。通过对全国223个地市水资源利用压力的计算分析,该指标体系定量反映了水资源与人口、经济、环境之间的协调关系,验证了所构建的水资源利用压力指标的合理性,为区域水资源可持续利用提供理论参考。