基于水足迹理论下宁夏水资源经济效益脱钩分析

通过水足迹理论,引入Tapio脱钩弹性系数,构建水资源与经济发展关系,实证分析2010-2016年宁夏水资源利用与经济发展之间的关系。结果表明:①宁夏地区总水足迹和人均水足迹均呈减少态势,总水足迹中农业用水所占比重高达90%;②水资源利用效益从2010年23. 81元/m~3显著提高至2016年47. 08元/m~3;③水资源利用与经济发展的Tapio脱钩评价呈强弱脱钩变化的发展趋势。仅从水资源与经济的关系来看,宁夏水资源能够满足GDP高速增长,水资源压力较小,但受黄河补水调控的不确定性和分布不均衡的水足迹组成将会对地区经济、社会、生态的高质量发展带来潜在隐患,应引起高度重视。     

黄河流域水资源利用与经济发展脱钩分析——基于水量和水质视角

在促进经济增长的同时减少水资源消耗和水环境污染是实现黄河流域生态保护和高质量发展的重要途径。基于水足迹理论与方法测算黄河流域的水资源消耗和水环境污染状况,运用Tapio脱钩指数模型对水量足迹、水质足迹与经济发展脱钩程度进行分析。结果表明：2000-2019年黄河流域水量足迹整体呈现上升趋势,其中农业生产用水最多;水环境污染得到系统治理,水质足迹呈现波动下降态势。水量足迹、水质足迹与经济发展多处于相对脱钩和弱脱钩状态,水质脱钩优于水量脱钩,但均未达到最佳脱钩状态。黄河流域各区域之间无论是水量足迹、水质足迹或是两者与经济发展脱钩的状态均存在显著差异。其中,水量足迹和水质足迹排名由大到小依次为下游、中游、上游;水量足迹与经济发展脱钩状态表现为上游和下游地区优于中游地区,水质足迹与经济发展脱钩状态由高到低依次为下游、中游、上游。应通过加强农业节水力度和水污染防治并实施区域差异化管理来实现黄河流域水资源与经济发展强脱钩。     

京津冀作物水足迹时空分布特征及影响因子分析

水资源短缺是制约京津冀协同、可持续发展的重要瓶颈之一,为清晰地描述区域不同农作物生产过程中的需水特征,为区域水资源的合理配置和高效利用提供指导意见。基于2000-2015年京津冀24个气象站日气象数据、全区作物种植面积及产量,分析了区域作物蓝水、绿水、灰水足迹的时空分布、变化趋势及影响因子。结果表明:2000-2015年间,小麦、玉米、大豆、油料、谷物、棉花、蔬菜年均单位质量总水足迹分别为1 784.2 m~3/t、1 564.2m~3/t、4 386.6m~3/t、3 427.5m~3/t、2 032m~3/t、9 574.1m~3/t和152 m~3/t;年均蓝水、绿水、灰水足迹分别为211.6亿m~3,164.8亿m~3和321.4亿m~3;总水足迹中蓝水、绿水、灰水所占比例分别呈现下降、上升及先上升后下降的趋势;水足迹空间分布表现为西北部和北部较少、南部、东南部和中部较多;影响水足迹总量的因子中,第一、第五主成分为氮肥施用量和作物种植面积,第二主成分为热力学和动力学因子,第三、四主成分为水分因子。     

基于IPAT模型的河北省灰水足迹分析及预测

河北作为京津冀发展圈的重要组成部分,水质水量问题突出,因此迫切需要对其水量和水质进行研究。基于农业和工业生活两部分,选取N肥、P肥、COD为关键污染物,以水环境最大允许容量为依据,计算了河北省2004—2015年的灰水足迹,并以此为基础,对2030年单位产值造成的灰水足迹进行了预测。结果表明:(1)12年间河北省灰水足迹呈现先上升再下降的趋势,农业灰水足迹以N肥为最关键污染物,随着化肥总量和平均施肥水平的增加不断增长,年均增长率0.87%;(2)工业生活灰水足迹总体呈现增长趋势,阶段内呈现下降趋势。以2011年为界,河北省灰水足迹从由农业灰水足迹决定转变为由工业生活灰水足迹决定,且工业生活灰水足迹和第三产业产值的相关性较强;(3)通过IPAT模型分析发现,农业灰水足迹除2004,2013,2015年外,其他各年份可持续性均较差,2004—2010年工业生活灰水足迹的可持续性好于2011—2015年。未来若按照现有水平继续发展,到2030年河北省单位农业产值造成的灰水足迹将下降为0.05 m~3/元,单位工业生活产值造成的灰水足迹将下降为0.006 m~3/元。     

河北省主要农作物2005～2014年灰水足迹变化

为了定量分析河北省农业过量施用化肥造成的严重面源污染,应用灰水足迹理论与评价方法,对河北省2005～2014年期间的冬小麦、夏玉米、蔬菜、水果4种主要农作物总灰水足迹及生长过程灰水足迹变化进行了分析评价,结果表明：2005～2014年期间,河北省冬小麦总灰水足迹总体呈下降趋势;夏玉米总灰水足迹总体呈增加趋势;蔬菜总灰水足迹总体呈增加趋势;水果总灰水足迹总体呈下降趋势。2005～2014年期间,河北省冬小麦、夏玉米、蔬菜、水果生长过程灰水足迹均呈下降趋势。4种作物每公顷施肥量没有表现出下降趋势,产量增加是导致4种作物生长过程灰水足迹下降的主要原因。最后从技术和政策两方面提出了降低氮肥施量和作物生长过程灰水足迹的措施。     

河南省农田灰水足迹估算和治理对策

以河南省为研究区,在计算化肥、农药等施用强度和污染负荷的基础上,应用灰水足迹理论,选用合理参数分别计算了化肥、农药的灰水足迹,以及河南省农田面源污染总的灰水足迹。结果表明:河南省农田面源污染严重,2009—2013年氮肥灰水足迹为9.05亿~9.28亿m~3,磷肥灰水足迹为5.51亿~5.75亿m~3,农药灰水足迹为49.6亿~53.8亿m~3,农田面源污染总的灰水足迹为49.6亿~53.8亿m~3。提出了农田面源污染治理对策:合理施肥,推广水肥一体技术;禽畜粪便、农作物秸秆的肥料化利用;科学用药,推广生态农药;改进耕作措施,减轻土壤侵蚀等。     

1988-2018年洞庭湖北部地区地表水资源量演变分析

洞庭湖区水资源总量较为丰富,但近年来在气候变化以及强人类活动的影响下,水资源短缺问题日益凸显。根据1988-2018年的降水及径流数据,采用趋势及突变分析等方法分析了洞庭湖北部地区降水量和地表水资源量的演变特征。结果表明:洞庭湖北部地区降水量呈先减小后增大的趋势,年际波动增大,荆南"三河"径流量呈显著减少;与1988-2003年(三峡水库蓄水前)相比,2004-2018年(三峡水库蓄水后)洞庭湖北部地区本地水资源量由38.90×108m3减少到30.07×10~8m~3,减小幅度为22.7%;过境水资源量由608.7×10~8m~3减小到471.4×10~8m~3,减幅为22.6%; 2004-2018年洞庭湖北部地区9、10月的过境水资源量大幅减少,其中10月份减少幅度达45%。     

黑龙江省水足迹时空分布规律及空间均衡分析

利用水足迹理论,量化2000—2018年黑龙江省13个地级市的不同类型水足迹,分析其时空演变规律,并结合空间均衡分析研究了各地区水足迹的差异性。结果表明:2000—2018年黑龙江省总水足迹呈波动上升趋势,但灰水足迹一直下降,2018年人均灰水足迹为300.7m³;水足迹空间分布不均匀,水足迹富足和水足迹匮乏同时存在,整体上呈现出北低南高、东低西高的趋势;研究时段内,黑龙江省人均灰水足迹和人均水足迹的空间分布较为均匀,其总体空间均衡度超过0.6;水足迹强度、工业蓝水足迹和生态环境蓝水足迹的空间分布存在较大差异;水足迹的总体空间均衡度在逐渐上升,但最大值不超过0.6,区域分布仍有较大差异。     

基于通径分析的海河流域冬小麦水足迹及影响因素

为量化冬小麦对水资源的消耗、合理利用区域水资源,基于彭曼公式、日尺度土壤水量平衡与通径分析法核算了1958—2016年海河流域冬小麦水足迹,分析了气象、农业生产投入因素对冬小麦水足迹的直接和间接影响。结果表明:流域冬小麦多年平均总水足迹为239. 6亿m3,平均水足迹为1 840 m3/t;海河流域冬小麦水足迹呈整体下降趋势,空间上京津地区最高,山西次之,山东、河南地区最低;农业机械总动力、化肥施用折纯量对冬小麦水足迹直接影响最大;气象因素主要通过农业生产投入因素对冬小麦水足迹产生影响。可通过提高农业生产力的方式降低冬小麦水足迹,京津等灰水足迹较高的地区应减少施肥。     

基于GIS的河南省水足迹时空差异研究

计算了2000—2012年河南省各市的水足迹及其相关评价指标,利用GIS工具分析其空间变化特征,并讨论了水足迹与GDP增长的相关关系。结果表明:河南省多年平均水足迹为1 291.282 1亿m~3,内部水足迹中,农畜产品生产用水所占比例最大,但呈逐年下降趋势,居民日常生活所消耗的水量所占比例最小,外部水足迹占水足迹总量的比例很小;人均水足迹为1 337.77 m~3/人,呈现逐年上升的趋势;水足迹强度为0.11 m~3/元,呈逐年下降趋势;水足迹自给率为98.91%,对外依赖度为1.09%。基于GIS的空间分析表明:河南省各市的水足迹总量、人均水足迹、水足迹强度和对外依赖度等存在差异,但分布格局基本一致。总体而言,河南省的水资源压力很大。     

黄河流域九省(区)水资源利用与经济发展脱钩效应分析

为缓解黄河流域九省(区)水资源利用与经济发展之间的矛盾,明晰水资源利用与经济发展脱钩驱动因子,基于Tapio脱钩指数模型和Kaya-LMDI因素分解模型,分析了2001—2020年黄河流域九省(区)水资源利用与经济发展脱钩状态及其驱动因素。结果表明：1)黄河流域九省(区)总水足迹呈波动上升趋势,其中农业生产用水是水足迹的主体。2)九省(区)水资源利用与经济发展整体呈弱脱钩态势,脱钩状态较为良好;下游两省脱钩状态最好,其次为上游五省(区),中游两省脱钩状态最差。3)产业结构和技术水平为脱钩正向驱动因素,经济发展和人口规模则为脱钩负向驱动因素,各省(区)脱钩驱动因子存在明显的空间差异。     

浙江省主要农作物水足迹时空特征研究

农作物水足迹是衡量水资源利用效率的重要指标,为解决水资源短缺问题提供了新的研究视角。以浙江省主要农作物为研究对象,利用CROPWAT8.0、CLIMWAT2.0和Arc GIS软件,计算和分析了2002-2018年浙江省的主要农作物水足迹时空特征。结果表明:2002-2018年浙江省农作物总水足迹变动幅度较大,总体呈下降趋势,2016年最低,2002年最高,减幅达16.18%;水足迹内部结构中,粮食作物的水足迹稳居首位,其次是水果、茶叶、蔬菜和油料作物,粮食作物水足迹内部结构中晚稻水足迹占比最大,玉米水足迹占比最小;区域水足迹差异显著,海岛地区农作物总水足迹最低,平原、盆地地区农作物总水足迹最为丰富,山地、丘陵地区农作物总水足迹次之;人均农作物水足迹不仅受农作物总水足迹影响,更受人口数量的影响,人口分布稀疏的县域人均水足迹明显高于人口分布密集的城区。     

中国与“一带一路”沿线国家能源贸易隐含水足迹分形特征分析

采用自下而上的能源水足迹评价模型,对中国与“一带一路”沿线国家能源贸易隐含水足迹进行测算,解析其贸易结构及类型,并利用分形方法深入探究其位序-规模分布规律。结果表明:2001—2019年,中国能源水足迹出口规模较小且呈下降趋势,进口规模大且增长迅速;贸易结构以煤炭和石油水足迹为主,天然气水足迹占比小并持续提升;能源贸易隐含灰水足迹高于蓝水足迹。从贸易规模首位度来看,中国能源水足迹出口规模首位分布从不明显逐渐趋于明显,进口首位分布不明显且呈分散化趋势。中国与“一带一路”沿线国家能源贸易隐含水足迹位序-规模空间分布呈现多分形结构。出口中,高位序级别从集聚态演变为均衡态,中低位序空间分布较分散,东南亚是中国主要出口地区;进口中,高位序趋于均衡化,中低位序分裂化程度减轻,进口地区集中在中东少数国家,其次为俄罗斯和东南亚。     

海河流域平原区浅层地下水超采量估算

收集整理了海河流域平原区浅层各省市几种来源的地下水位数据,利用ARCGIS技术,矢量化《华北平原地下水可持续利用图集》作出1959年、1984年、2005年6月地下水等水位图,利用《中国地质环境监测地下水位年鉴》2005年-2013年末及2005年6月数据,计算了时段变化率,推算出2005年-2013年地下水等水位图,并利用"华北平原地下水演变机制与调控项目"地下水位数据对估算水位进行检验,说明推算的地下水位分布是可靠的,进一步结合地下水开采漏斗和含水层给水度对超采量进行了估算。计算结果表明,1959年-2013年,海河流域平原区浅层地下水累计超采979.45×10~8 m~3,水位平均下降9.62m。其中1959年-1984年年均超采16.34×10~8 m~3,水位平均累计下降3.93m、年均下降0.141m;1984年-2005年年均超采21.21×10~8 m~3,水位平均累计下降6.28m、年均下降0.299m;2005年-2013年年均超采15.67×10~8 m~3,水位平均累计下降1.05m、年均下降0.131m,2010年以后已呈平稳状态。超采漏斗主要存在于山前地区且用水量较大的城市,尤以子牙河平原西部石家庄、邢台一带最为严重。     

淮河流域主要农作物水足迹时空演变及影响因素分析

探讨淮河流域主要农作物水足迹,可以为地区农业用水结构及改善水资源短缺问题提供理论依据。以淮河流域5个省份主要农作物为研究对象,计算分析了2000-2017年小麦、稻谷、玉米、大豆、油料的蓝、绿、灰水足迹时空变化特征,并采用通径分析方法探究影响农作物生产水足迹的因素。结果表明：大豆的水足迹最大,水足迹大小与作物单位面积产量呈负相关;年际变化方面,小麦、稻谷、玉米、油料总水足迹整体呈减小趋势,大豆总水足迹表现出波动增加的趋势;空间分布方面,安徽、河南省的总水足迹居于前位,且水足迹的空间分布存在一定的聚集性,总体上中间高四周低;此外,对淮河流域农作物水足迹影响最大的因素是氮肥施用量、平均气温和年降雨量。     

基于水足迹理论的甘肃省水资源利用与经济增长脱钩分析研究

为了探讨甘肃省水资源利用与经济协调发展之间的关系,利用甘肃省2008—2019年统计数据分析了水足迹趋势以及水资源评价指标,最后利用构建的脱钩评价模型对水资源利用与经济增长之间的关系进行评价。结果表明：甘肃省近12年来水足迹与人均水足迹呈平行波动上升趋势,其中农业水足迹是水足迹的主要组成部分,平均占比为86.78%,生态用水足迹有逐年上升趋势;水资源自给率保持在90%以上,水资源经济效益由20.11元/m³（2008年）增长到43.35元/m³（2019年）,年均增长率为6.6%,水资源压力指数近5年有下降趋势,整体属于水安全状态;GDP与水资源利用之间的关系正在逐步从弱脱钩向强脱钩转变,农业产值与农业用水之间的关系由最初的不理想扩张型负脱钩向强脱钩转变。基于结论,为进一步促进甘肃省水资源利用与经济增长之间更好地协调高质量发展,在农业、进出口贸易、生态等方面提出了建议。     

基于水足迹和LMDI的江苏省农业用水变化驱动力研究

结合水足迹理论与传统农业用水核算方法,本研究分析了1999-2018年江苏省农业水足迹(CWF)的变化趋势.利用LMDI模型揭示了用水强度、经济和人口对农业水足迹变化的贡献程度.结果 表明,江苏省农业水足迹呈现先下降后上升再下降的波动趋势,年均值为55.2 Gm3,水稻水足迹占比最大,为40％;江苏省农业生产总值、城镇化率及灌溉效率均随时间呈增长趋势;各驱动力因素对江苏省农业水足迹变化的影响程度为:水足迹经济强度＞经济发展＞人口规模.经济发展效应是农业水足迹变化的主要贡献因素,而水足迹强度和人口规模对其增长其主要的抑制作用,人口规模对农业用水变化的影响最小.农业水足迹及其驱动因子的分析可为农业发展和资源持续利用提供支撑.     

京津冀地区主要农作物生产水足迹研究

利用京津冀地区(2个直辖市、11个地级市)气象及农业基础数据,采用彭曼公式与CROPWAT软件相结合的计算方法,分析了2014年京津冀地区主要农作物的生产水足迹。结果表明:小麦在整个生长期需水量主要以蓝水足迹为主,玉米在整个生长期主要以绿水足迹为主;2014年京津冀地区主要农作物总的生产水足迹为437.03×108m3,其中绿水足迹为137.71×108m3,蓝水足迹为176.03×108m3,灰水足迹为123.30×108m3;从京津冀地区主要农作物总的生产水足迹空间格局上来看,沧州、保定、邯郸和石家庄地区的主要农作物生产水足迹较大,是水资源调控的主要地区。     

基于改进灰色模型的河南省水生态足迹分析与预测

结合残差灰色-马尔可夫耦合模型,预测河南省2016年～2025年的水生态足迹和水生态承载力。结果表明,河南省水生态足迹的变化由水质生态足迹决定,水生态承载力的变化与降雨量密切相关。2005年～2015年间,河南省水生态足迹呈下降趋势,从最高值4.535亿hm~2下降至最低值3.647亿hm~2;水生态承载力变化幅度不大,多年平均值为0.18亿hm~2;该省一直处于水生态赤字状态,水资源负载指数除2005年外均为Ⅰ级,面临严峻的水资源短缺问题。预测结果显示,2016年～2025年河南省水生态赤字呈下降趋势,但赤字程度仍然很大,水生态安全状况不容乐观。     

基于不同受纳水体的湖南省农业灰水足迹分析

提出基于不同受纳水体的灰水足迹,引入水环境荷载指数,计算1985—2013年湖南省农业生产造成的灰水足迹,比较该省地表和地下水的污染状况。并使用IPAT模型,将灰水足迹与农业经济发展和技术进步结合分析,为湖南省的水环境保护和农业可持续发展决策提供参考。结果表明:近29年来湖南省农业生产造成的灰水足迹呈递增趋势,地表与地下水灰水足迹之比约为7∶3;地表水环境荷载指数较低,环境状况优于地下水,但两水体的环境状况都呈现恶化趋势;湖南省农业可持续发展经历了3个阶段,初期技术进步占据主导,中后期农业经济发展加速,而农业技术则在经过瓶颈阶段后重获发展。