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。     

山东省生产水足迹综合评价

山东省是经济和人口大省,同时也是水资源紧缺省份。水足迹是认识水资源的新视角,能够揭示对水资源的真实占用。基于水足迹视角构建生产水足迹测度模型和评价体系能对2010—2021年山东省水资源利用情况进行评价。结果表明：2010—2021年山东省生产水足迹波动上升,表现为西部和中南部高、东部和中北部低,蓝、绿、灰水足迹均呈增长趋势。在所有核算账户中,农业占比最大。从综合评价角度看,生产水足迹的经济效益逐渐增长,但单位生产水足迹的人口承载力较差,水资源压力指数较大。山东省总体表现为水资源不可持续,水资源压力较大,应及时采取调整产业结构、提高节水技术、增强污染防治等措施以缓解用水紧张的现状。     

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ArcGIS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...     

农业虚拟水消耗影响因素分解及时空差异

研究采用 LMDI( logarithmic mean divisia index) 指数分解模型, 将“十一五”“十二五”时期西北 5 省( 自治区) 农业虚拟水变化的驱动因素分解为结构效应、强度效应、经济效应和需求效应等, 并分别探究不同效应对虚拟水增长的贡献情况及其时空差异。结果显示: 农业虚拟水含量在产品结构分布上, 畜牧产品> 三大主粮> 经济作物。从 时间角度来看, 2006- 2015 年全区域农业虚拟水含量呈先上升、再下降、再上升的趋势, 经济效应和强度效应分别 是虚拟水含量变化的主要促进因素和主要抑制因素, 总体上, 经济效应> 强度效应> 结构效应> 需求效应。“十一 五”时期, 该区域虚拟水含量变化主要受地区经济增长的影响;“十二五”时期, 农业生产结构调整对虚拟水含量增长的抑制作用逐渐增强。从空间角度来看, 2006- 2015 年 5 省( 自治区) 虚拟水变化的总效应省际差异显著, 新疆正 向效应最强, 为 194.26 亿 m3 , 其次为宁夏、青海和陕西, 负向效应中甘肃最强, 下降了 94.11 亿 m3。据此, 从改进 农业生产技术、调整生产结构及水生态补偿等方面提出建议, 以提高水资源利用率, 促进区域经济生态协调发展。     

淮河流域农业灰水足迹效率的时空分布与驱动模式

运用灰水足迹效率测算模型对淮河流域35个地级市的农业灰水足迹效率进行了测度和时空分布研究,采用Kaya恒等式和LMDI分解模型将农业灰水足迹效率驱动因素分解为农业经济效应、化肥强度效应、灰水产出规模效应、农业环境效应和耕地资源效应等5个因素,并对淮河流域各地级市农业灰水足迹效率的驱动模式进行了分类。结果表明:2000—2015年,淮河流域35个地级市的农业灰水足迹效率都有显著的提升,从各省分布情况来看,山东省的农业灰水足迹效率最高,其次是安徽省和江苏省,河南省最低;农业灰水足迹效率驱动因素中,农业经济效应、灰水产出规模效应和耕地资源效应为正向效应,化肥强度效应和农业环境效应为负向效应,其中农业经济效应是提升农业灰水足迹效率最关键的驱动因素;淮河流域35个地级市的农业灰水足迹效率的驱动模式可以划分为农业经济效应单因素驱动模式I、灰水规模产出效应单因素驱动模式Ⅱ、双因素驱动模式Ⅲ和三因素驱动模式Ⅳ共4类,对于不同驱动模式的地区需要采取不同的治理措施。     

四川省水贫困时空分布格局研究

为厘清水资源约束条件下四川省各市州产业可持续发展适宜模式,通过构建四川省水贫困评价指标体系,采用均衡法赋权,应用水贫困指数(Water Poverty Index,WPI)模型计算2006-2013年全省21个市州的水贫困指数,并基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)技术等,对全省及各市州水贫困时空格局等进行了研究。结果表明:(1)受2008年"5·12"汶川特大地震影响,2008-2011年全省水贫困全面、均衡改善的态势受阻;灾后水利重建、水利精准扶贫等工作的推进,使得全省各市州2006-2013年WPI平均值呈波动下降趋势,水资源管理能力的提升和水环境的改善对缓解水贫困起到了关键作用。(2)21个市州处理水贫困的能力差别较大,且差距逐渐拉大;成都市和雅安市为极微水贫困区,攀枝花市、广元市、阿坝州、甘孜州和凉山州为微水贫困区,泸州市、绵阳市、乐山市、眉山市和宜宾市为中度水贫困区,自贡市、德阳市、南充市、巴中市、资阳市为强水贫困区,遂宁市、内江市、广安市、达州市为极度水贫困区。(3)四川省水贫困问题的解决,应从强化水贫困意识、提升高效用水能力,科学优化配置水资源、提高保障率,严格水资源管理、调控产业结构及生产模式,系统管控水安全风险,提升水管理能力、加大政府财政投入、积极推进水权改革,增强水利扶贫力度、助推扶贫攻坚等方面加大工作力度。     

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。     

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。     

雄安新区上游农业水足迹及其经济效益研究

量化作物单方耗水产生的经济效益对于通过经济手段调控农业用水具有重要意义。基于水足迹理论,以雄安新区上游为研究区,首先模拟了主要农作物的蓝水足迹和生产水足迹,并结合统计数据评估了作物的水足迹经济效益,最后通过调查数据对模拟值进行了评价。结果表明：2001-2016年研究区小麦、玉米、大豆、花生和棉花5种主要农作物的蓝水足迹在384～4 611 m³/hm²之间,生产水足迹在4 122～6 453 m³/hm²之间,蓝水足迹经济效益在1.15～19.29元/m³之间,生产水足迹经济效益在0.38～2.02元/m³之间;不同水文年型下作物的生产水足迹经济效益并没有显著的差别,但是蓝水足迹经济效益的差别较大,尤其是玉米和大豆作物;整体而言,研究区西部山区的水足迹经济效益低于东部平原地区;模型评估的水足迹经济效益与农户在实际生产过程中的数值有一定的差距,造成此现象的主要原因是水足迹的差异。     

水足迹理论研究综述

水足迹概念的提出,有别于传统的"取水"指标,创新性地将人们的生产和消费与水资源的消耗和污染联系起来,让人们意识到水资源的总体消耗和污染最终是与生产、消费产品的类型和数量密不可分的。水足迹理论应用研究为水安全战略研究提供了重要基础,成为了水资源管理领域的研究热点之一。本研究从水足迹核算的时空尺度(A级、B级和C级尺度)、水足迹核算范围(蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹)、水足迹可持续性评价及其国内实证研究四个方面对国内外水足迹的研究现状展开评述,并对其研究前景进行了展望。     

水足迹视角下辽宁省春玉米生育期水土资源匹配特征研究

随着气候变化及种植结构调整,农业水土资源配置状况发生改变,研究农业水土资源匹配特征对农业可持续发展具有重要意义。基于作物生产水足迹视角,采用广义农业水土资源匹配系数的计算方法,对 1985—2018年辽宁省春玉米生育期的水土资源匹配特征进行分析。结果表明：1985—2018 年间辽宁省春玉米农业水土资源匹配系数变化波动明显,总体以 14 m³/（hm²·a）增长,多年平均农业水土资源匹配系数值为 5733 m³/hm²。同时,1985—2018 年间辽宁省春玉米农业水土资源匹配状况呈现向好趋势,东部农业水土资源匹配良好的地区增多,西北部农业水土资源匹配较差的范围缩小。未来辽宁省玉米种植结构调整,应立足各地区农业水土资源匹配特征,构建水土资源空间均衡的农业生产体系。     

基于STIRPAT扩展模型平塘县农业水足迹变化及驱动机制研究

平塘县水资源短缺问题突出,农业生产使得水资源匮乏日益加剧,因此,该地区急需明晰农业水资源利用关键影响因素,以达到构建低水耗高效农业生产模式,提高水资源利用效率目标。利用水足迹核算模型,定量测算2001-2015年平塘县农业用水状况,在经典IPAT环境压力等式基础上,从人口、经济、技术、城镇化、膳食结构、气候6个方面,构建水足迹STIRPAT扩展模型,剖析平塘县农业水足迹变化主要驱动因素。结果显示:平塘县农业水足迹从2001年6. 02×108m3增加到2015年8. 60×108m3,增加了42. 86%,绿水、蓝水的增加主要由于农业产业结构调整、种植技术改进、作物新品种推广等,灰水水足迹快速增长主要由于化肥大量使用;平塘县农业水足迹驱动因子贡献率由大到小排序为:膳食结构降水量人口经济技术城镇化,上述驱动因子每变化1%,分别导致农业水足迹总量变化-0. 1071%、0. 09393%、0. 0684%、0. 0585%、0. 0581%、0. 0453%。平塘县属于典型喀斯特峰丛洼地区,由于特殊"二元"结构特征,地表调蓄功能极弱,农药化肥大量使用,导致灰水对农业用水增长率的贡献率较大,而经济欠发达,生活水平低,以植物性食物为主的膳食结构,在一定程度节省农业用水。     

中国主要粮食作物的生产水足迹量化及评价

明确作物消耗单位水量所提供的营养物质差异对于引导节水型膳食结构和农业种植规划具有重要意义,水足迹为进行上述分析提供了有效的指标。本文基于水足迹理论,在量化中国大陆主要粮食作物重量、能量和蛋白质水足迹的基础上,评价了各作物间及区域间三种水足迹的差异性,探讨了粮食作物消费结构调整对生产端水资源消耗产生的影响。结果显示:各作物生产水足迹差异显著并且具有明显的区域分布特征,东北地区、黄淮海地区作物重量水足迹均较低,表明上述地区的水分利用效率较高;5种粮食作物中,玉米和小麦具有较低的能量水足迹,而大豆具有较低的蛋白质水足迹,表明在耗水量相同的情况下,玉米和小麦较其他作物能提供更多的能量,大豆能提供更多的蛋白质;不同粮食作物消费结构下的农业用水差异显著,通过调整作物消费结构,可以达到显著的节水效果。本研究结果可为解决未来粮食生产水危机提供一个潜在途径。     

水足迹研究进展及其对农业水资源利用的启示

在明确水足迹起源、概念的基础上,综合评述基于虚拟水理论的水足迹方法、生命周期评价和基于生命周期评价的水足迹方法。比较不同方法的特点及其研究意义,认为基于虚拟水理论的水足迹方法适用于区域层面,而基于生命周期评价的水足迹方法更适用于产品层面的研究;二者结合可为农业水资源可持续利用提供从区域到产品尺度的研究方法及思路。     

基于空间自相关分析的安徽省水资源生态压力空间格局探析

为探索安徽省各地级市水资源生态压力空间关联格局,制定差别化水资源可持续利用政策,运用生态足迹压力测度模型,对安徽省16个地级市水资源生态压力进行了测算,采用空间自相关分析方法,对水资源生态压力空间关联模式进行了考察。结果表明:12014年安徽省16个地市水资源生态压力指数介于1.05~3.82,均值达1.89;2水资源生态压力全局自相关Moran指数为-0.115 3,呈不显著空间异质格局,其中,位于皖南的黄山、池州、宣城及皖西南的安庆4市水资源生态压力小,而淮南、马鞍山、铜陵三市压力大;3局部空间自相关Moran指数散点图显示,位于第二(LH)、第四(HL)象限的地市有13个,而位于第一(HH)、第三(LL)象限的仅有3个,滁州市局部空间自相关指数为-0.293 7,为显著低值异质中心,黄山市该指数为0.961 5,为显著低值聚集中心。基于研究结果,提出了差别化的水资源可持续利用政策建议。     

油-水两相流流型转换研究

本文根据钢管内油—水两相流流型特征，建立了新的油—水两相管流流型的转换准则。它包括：分层流型的稳定性准则、分散流型和混合流型的转换边界及反相界线。流型转换准则得到了白油—水和柴油—水两相流的流型实验验证，而与有机玻璃管里的油—水两相流型的分布有一定的差异，这种差异与P．Angli的不同管材时的流型对比实验结论一致。这些都表明本文的流型转换准则能很好的预测钢管内的油—水两相流流型，这对于油田混钻管路的设计和运行具有十分重要的经济价值。     

基于水足迹理论的中国水资源压力评价

为实现水资源可持续利用,在明晰中国蓝水足迹和灰水足迹空间分布规律的基础上,提出了涵盖水量和水质的水资源压力指数计算方法,并对中国各省级行政区水资源压力状况进行了评价。结果表明:各省级行政区蓝水足迹差异显著,大部分省级行政区农业部门蓝水足迹大于其他部门;灰水足迹排名前3的是河南、江苏和山东;宁夏、河北、山东和天津的水资源压力指数显著大于其他省级行政区,水资源压力指数分布与等级分布存在一定差异。节水技术应用、作物布局优化以及节水意识提高均有助于减小蓝水足迹;控制氮肥施用量,提高氮肥利用率有助于减小灰水足迹;实体及虚拟水资源进口有助于缓解区域水资源压力。     

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。