北京市水足迹及农业用水结构变化特征

运用水足迹的理论和方法计算评价了1990—2005年北京市水足迹及水资源利用的可持续性,在此基础上进一步分析了北京市农业用水结构的变化特征。结果表明:(1)北京市水足迹从1990年的81.5亿m3上升至2005年的168.6亿m3,人均水足迹由750.1m3上升为1096.0m3;(2)北京市水资源匮乏度不断升高,1995年以来水资源自给率呈下降趋势,与之相对应的水资源依赖度越来越高;(3)农业部门用水量在本地用水量中的比例平均每年为55.1%,虚拟水净输入量在虚拟水净输入总量中的比例平均每年达到89.1%;(4)高耗水型作物产品生产用水比例升高加大了农业用水压力,动物产品生产用水量呈增加趋势,2001—2005年动物产品生产引入的虚拟水占到其虚拟水总量的81.3%。北京市水资源利用呈不可持续状态,通过农业系统内部结构的优化调整,实现农业部门水资源的高效利用是缓解北京市水资源紧缺问题的关键。     

中国省际灰水足迹测度及荷载系数的空间关联分析

借鉴Hoekstra等提出的灰水足迹计算公式,从农业、工业及生活三方面计算了1998—2012年中国31个省市(自治区)的灰水足迹及其灰水足迹荷载系数。结果表明:1研究期间全国灰水足迹呈现波动趋势,1998年至2006年的灰水足迹呈现波动上升趋势;2007年开始,全国灰水足迹呈现下降趋势;农业在总灰水足迹的贡献率最高、工业最低;231个省市(自治区)15a灰水足迹荷载系数整体呈现小幅波动趋势。在全国内部也存在着明显的地区差异,大体分为5类,分别为高荷载地区、较高荷载区、中度荷载区、较低荷载区、低荷载区。3借助全局与局部空间自相关对全国31个省市(自治区)灰水足迹荷载系数进行空间关联格局分析可知,中国省级灰水足迹存在空间集聚现象且集聚现象逐渐减弱,其中H-H集聚区主要集中在华北地区,L-L集聚区主要集中在南方与青藏地区。通过全国灰水足迹测度与灰水足迹荷载系数空间关联格局分析为灰水足迹分析提供新的研究思路同时为区域可持续发展提供理论支持。     

基于灰水足迹的中国城市水资源可持续利用综合评价

随着城市化的快速发展，中国城市水资源面临着水资源短缺与水环境恶化等挑战，因此加强城市水资源可持续利用对于中国可持续发展具有重要意义。基于灰水足迹核算对2016年中国地级市水资源可持续利用情况进行综合评价。研究结果表明：（1）中国城市灰水足迹水平差异大，平均值为23.40×10⁸ m³，主要集中在20.00×10⁸ m³以下。中国城市农业源灰水足迹比例占比主要在70%以上，工业源比例占比主要在20%以下，而生活源比例占比在40%以下；（2）全国灰水经济生产率在12.45-857.31元/m³范围内，地区差异明显。33%城市灰水足迹荷载系数均大于1，全国地级市灰水足迹荷载系数平均值为1.16，城市水资源利用已对水环境产生污染压力，用水不可持续；（3）城市水资源开发率与灰水足迹荷载系数呈一定程度的正相关关系，说明了城市发展对水资源利用的"量"和"质"的压力作用具有一定的协同关系；（4）水资源可持续利用程度呈现大型城市 > 特大型城市 > 超大型城市 > 中小型城市，城市发展一定程度上有助于水资源的可持续利用，但发展规模过大可能会造成用水高产而护水低效的现象。因地制宜的实行水资源循环经济发展模式以及适时纳入灰水足迹核算与管理体系，是当前城市化大背景下实现水资源可持续利用的重要途径。     

三江平原粮食作物生产水足迹时空特征及影响因素

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,对农作物生长过程的绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹进行量化和分析,可以为农业用水综合评价和用水管理提供指导。以三江平原为研究区域量化粮食作物生产水足迹的时空特征,揭示粮食生产对区域水资源的占用情况,并分析水足迹的影响因素。结果表明:(1)三江平原粮食生产水足迹总量在2005-2018年间呈显著增加趋势,其中绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹在水足迹总量中的占比历年平均为28%、8%和64%;(2)粮食生产水足迹空间差异明显,在地市尺度,佳木斯市水足迹最高,占三江平原总量的47%,在县区尺度,富锦市、依兰县和桦南县是水足迹热点地区;(3)只考虑蓝水足迹,粮食生产给三江平原水资源造成轻度压力,而同时考虑蓝水和灰水足迹,粮食生产给三江平原水资源造成重度压力;各地市间水资源压力有较大差异,其中佳木斯市负担了该区域将近一半的粮食产量,水资源压力最高,鹤岗市则水资源压力最低;(4)降雨量、灌溉水利用效率、化肥施用量、粮食种植结构和作物单产水平等都会影响粮食作物生产水足迹,其中蓝水足迹响应种植结构的变化最敏感,灰水足迹响应化肥施用量的变化最敏感,而水足迹总量响应作物单产水平的变化最敏感。因此,建议减少化肥施用量、提高作物单产水平和优化作物种植结构纳入区域水资源可持续管理之中。     

农产品水足迹研究进展

水是人类生产生活的重要资源,科学合理地评价人类活动对水资源的影响是实现水资源可持续利用的重要保障.水足迹概念的提出创新性地将人类活动消耗的水资源区分为绿水、蓝水和灰水,拓展了水资源可持续利用的评价思路.基于虚拟水(VW)的水足迹理论和基于生命周期(LCA)的水足迹理论将水质与水量的概念相结合,成为了农业水资源管理研究的热点内容.基于VW的水足迹理论主要包括绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹的计算,以及水环境可持续性评价,而基于LCA的水足迹理论体现了水资源的消耗和污染及其对环境造成的综合影响.本文详细介绍了这两种水足迹理论的计算方法与环境可持续评价的研究进展,对比分析两种水足迹理论在描述农产品生产用水及其环境影响方面的差异性,并对其研究前景进行了展望.     

北京市水足迹

水资源短缺、水质污染等已成为北京可持续发展的制约因素,水资源利用问题愈发受到关注。水足迹的研究将人们的生产、消费与水资源的消耗联系起来,全面真实地揭示水资源利用情况。本文基于水足迹理论评价了北京水资源利用情况,结果表明:(1)2012年,北京市水足迹为352.6亿m3,人均水足迹为1704 m3,远超统计数据中总供水量35.9亿m3和人均用水量193.3 m3,水资源面临巨大压力。(2)北京市城镇和农村居民对虚拟水的消耗存在差异性,除动物产品外,农村居民对于粮食虚拟水的消耗相对较高,人均每年103.5 m3,而城镇人均每年72.5 m3,次于干鲜瓜果92.4 m3。(3)动物产品在虚拟水消耗中占据了最大的比重,说明了北京市居民对动物产品消耗量相对较高,也反映出动物产品单位产品虚拟水含量较高。为此,在虚拟水贸易中,可适当增加动物产品进口代替本地动物产品的养殖生产,降低水资源的消耗。     

基于农牧业产品和生活用水的京津冀地区水足迹时空特征研究

水足迹将实体水消费和虚拟水消费联系起来,能真实地反映水资源利用的空间差异状况。运用自下而上的方法,分别计算了京津冀地区市级、区县尺度2000—2014年水足迹与人均水足迹,并分析其时空变化特征。结果表明:(1)市级尺度上,北京市水足迹、人均水足迹最高,天津市次之。石家庄市水足迹、人均水足迹相对较高,衡水市水足迹、人均水足迹均相对较低。京津冀市级平均水足迹由2000年的35.88亿m~3增长到2014年的50.82亿m~3,天津市、北京市增长幅度最大。(2)区县尺度上,北京市主城六区水足迹、人均水足迹最高,北京市其他市辖区和天津市主城六区、滨海新区水足迹、人均水足迹次之,石家庄市主城区水足迹、人均水足迹也相对较高。北部燕山山区、西部太行山区及衡水市所辖区县水足迹、人均水足迹最低。京津冀区县平均水足迹由2000年的2.30亿m~3增长为2014年的3.16亿m~3。北京市市辖区水足迹增长幅度最大,天津市市辖区次之。(3)水足迹的构成比例从大到小依次是消费虚拟水量、生活用水量和生态环境用水量,消费虚拟水量约占水足迹的90%。京津冀生态环境用水所占水足迹比例总体呈现增加的趋势,北京市生态环境用水所占水足迹的比例高于天津市和河北省。本文对京津冀地区水足迹的计算与时空变化特征分析,以期为研究京津冀地区城镇化对水资源量的胁迫效应提供参考与依据。     

基于空间面板STIRPAT模型的水足迹影响因素分析——以山东省为例

随着中国水资源供需矛盾加剧，虚拟水成为地区水资源管理中不可或缺的一环，为提高地区水资源综合利用效率和探索水资源区域一体化管理提供了新思路。采用"自下而上"法核算了山东省17个城市农业、工业、生活、生态与灰水足迹，在分析2009-2018年水足迹时空分布规律基础上，综合运用探索性空间数据分析方法、面板数据STIRPAT模型和空间杜宾模型，揭示了水足迹的空间自相关特征，量化分析了人口数量、富裕程度、技术进步、城镇化和产业升级等影响因素对水足迹的本地影响效应与空间溢出效应。结果显示：①2009-2018年山东省水足迹总量均呈现波动上升的变化趋势；空间布局上呈现东部沿海和西部平原水足迹高，中部山地水足迹低的特点。②山东省水足迹具有正向的空间自相关性，相比地理位置相邻，水足迹的空间相关性受人口数量因素影响更大，表现出明显的"高高"聚集和"低低"聚集特征，但是受到经济因素的主要影响，区域间水足迹空间相关性随时间发展逐渐下降。③人口数量是山东省水足迹增长的重要来源，经济增长是推动各地区间水资源竞争关系的最重要因素。城镇化能够缓解本地水资源压力，技术进步和产业升级不仅能缓解本地水资源压力，而且通过空间溢出效应有效缓解临近地区水资源压力，是实施水资源区域一体化管理策略的重要着眼点。     

基于水足迹理论的煤制油产业布局评价

煤制油是我国应对石油危机的重要途径之一,但其高耗水的特点使其备受争议。利用水足迹理论对全国五大煤炭基地2015年规划的煤制油产业进行了蓝水足迹和灰水足迹的测算,分析了煤制油产业对这些区域水资源的耗用情况及冲击程度。结果显示,神东、晋东和新疆伊犁3个基地的煤制油产业蓝水足迹超过了1亿t、灰水足迹超过了3亿t,其中神东地区作为最大的煤制油产地两项数值分别达到1.9亿t和4.1亿t与当地水资源总量对比,宁东地区煤制油耗水冲击最大,占当地水资源总量的28.2%;新疆伊犁地区比例最小,为0.36%。通过对这5个煤炭基地以区域为尺度的水足迹结构分析和评价比较,得出了两种煤制油工艺的水资源消耗差异,并且为煤制油产业在五大基地的合理布局给出了依据,与此同时为接下来煤制油产业的技术革新和流程优化也提出了相应的建议。     

湖南省水稻生产水足迹及其影响因素研究

为分析湖南省水稻生产水资源的占用情况, 采用水足迹方法研究了2002-2015年湖南省水稻生产水足迹; 利用贡献率分析方法探究气象因子和生产要素对水稻水足迹的影响。结果表明: 水稻水足迹在研究时段内整体呈现下降态势, 年际变化呈现波动性上升期(2002-2005年)、快速下降期(2005-2009年)、缓慢下降期(2009-2015年)三个阶段性波动特征; 灰水足迹最大, 比例从69.03%下降到68.98%, 蓝水足迹比例从14.21%下降到12.75%; 绿水足迹从16.75%提高到18.26%; 农机动力、化肥投入、成灾率是是水足迹的主要影响因素, 其中农机动力起抑制作用, 化肥投入、成灾率起促进作用。建议湖南水稻生产水足迹调控的措施主要为提高水稻生产机械化水平及合理施肥。     

China’s water footprint by province,and inter-provincial transfer of virtual water

Water shortages and the uneven distribution of water resources restrict China’s sustainable development. The concepts of virtual water and water footprints provide a new approach to alleviate regional shortages of Chinese water resources by the inter-provincial allocation of commercial water resources. In this study, an interregional input-output model was applied to quantitatively estimate the water footprint of each province in China and to quantify the inter-provincial transfer of virtual water. The results indicated that there was considerable diversity in the water footprints of the various provinces. Provinces with larger populations and greater GDP had larger water footprints, and developed regions had higher proportions of external water footprints. From the perspective of final demand, local consumption was the main factor driving the water footprints of these provinces. From the perspective of sectoral structure, the agricultural water footprint had a larger proportion in these provinces. The transfer of virtual water in China did not occur from regions with abundant water resources to those suffering from water shortages, but it generally occurred from west to east, from inland to coastal areas, and from underdeveloped to developed regions. Many water-deficient regions also had large net virtual water exports. Water shortages in China will be alleviated by the enhancement of industrial water-use efficiency in water-deficient regions, the transfer of water-intensive industries to regions with abundant water resources, and the development of tertiary industries with low water consumption.     

长江中游城市群水-碳-生态足迹变化特征及其平衡性分析

长江中游城市群是长江经济带三大跨区域城市群支撑之一,实现该区域高效协同发展对于打造全国重要增长极具有重要意义。基于水-碳-生态足迹评估长江中游城市群资源环境压力,引入基尼系数分析城市群水-碳-生态足迹与经济、人口、水资源的平衡性,并构建深度神经网络模型预测水-碳-生态足迹的未来变化趋势。结果表明：长江中游城市群2000—2015年的人均生态足迹由1.98hm~2增至4.06hm~2,人均碳足迹由0.27hm~2增至0.56hm~2,年平均增幅分别为6.56%和6.5%;人均水资源生态足迹整体呈先下降后上升,最后趋于平衡的变化趋势;大部分城市的水资源超载指数为正值,总体水资源状况良好,湖南和江西水资源状况优于湖北。长江中游城市群面临巨大资源环境压力,且大部分来自于碳排放压力。研究期内,江西省资源环境压力由中上等级升至较高等级;湖南省资源环境压力基本处于高等级;湖北省资源环境压力均处于很高等级。城市群人口分布、经济发展、水资源分布与水-碳-生态足迹的匹配关系较差。从生态足迹角度来看,综合基尼系数均值为0.456,处于“一般不匹配”范围,研究期内呈现缓慢下降趋势,表明区域间整体协调性增强;从...     

中国人均灰水生态足迹变化驱动效应测度及时空分异

将传统灰水足迹和水生态足迹方法相结合,运用扩展的Kaya恒等式和LMDI指数分解方法对中国各省市的人均灰水生态足迹变化的驱动因素进行测度分析,充分考虑了资本和劳动力因素,选取经济活度效应,资本深化效应,资本效率效应,足迹强度效应,环境效率效应5个效应对人均灰水生态足迹变化的影响,结合ISODATA聚类模型对各效应进行空间聚类,从而分析各效应的空间特征。结果显示:中国人均灰水生态足迹产出变化是这5种因素共同作用的结果,资本深化效应和经济活度效应具有增量效应特点,而环境效率效应、足迹强度效应、资本效率效应呈减量效应特点;在各驱动效应的的强弱对比中,资本深化效应和足迹强度效应的特征较为明显。经济发展带动了科技进步也使得用水效率不断提高是足迹强度效应呈减量效应的主要原因;而工业化阶段经济向资本密集型转变是资本效率下降的主要原因。研究对中国灰水生态变化与资本要素之间的关系进行了探讨,对环保政策的调整及水资源可持续利用研究具有一定的参考价值。     

Integrating ecological and water footprint accounting in a multi-regional input–output framework

Carbon, ecological, and water footprints (CF, EF, and WF) are accounting tools that can be used to understand the connection between consumption activities and environmental pressures on the Earth's atmosphere, bioproductive areas, and freshwater resources. These indicators have been gaining acceptance from researchers and policymakers but are not harmonized with one another, and ecological and water footprints are lacking in their representation of product supply chains. In this paper we integrate existing methods for calculating EF and WF within a multi-regional input–output (MRIO) modelling framework that has already been successfully applied for CF estimation. We introduce a new MRIO method for conserving the high degree of product detail found in existing physical EF and WF accounts. Calculating EF and WF in this way is consistent with the current best practice for CF accounting, making results more reliable and easier to compare across the three indicators. We discuss alternatives for linking the MRIO model and the footprint datasets and the implications for results. The model presented here is novel and offers significant improvements in EF and WF accounting through harmonization of methods with CF accounting, preservation of product-level detail, comprehensive inclusion of sectors of the global economy, and clear representation of flows along supply chains and international trade linkages. The matrix organization of the model improves transparency and provides a structure upon which further improvements in footprint calculation can be built. The model described here is the first environmentally extended MRIO model that harmonizes EF and WF accounts and aligns physical unit data of product use with standard economic and environmental accounting.     

水足迹研究进展

水为生命之源,水资源的合理分配与科学管理是区域可持续发展与流域综合管理的核心环节;水足迹作为一种全面核算人类活动对水资源真实占用的综合指标,将人类消费终端与水资源利用密切关联,为维护流域水资源安全、提高区域水资源利用效率提供了重要的科学依据,已成为当前国际水资源管理的前沿研究领域。在明确水足迹及水资源生态足迹相关概念的基础上,对比分析了水足迹与生态足迹、水资源生态足迹模型的异同,明晰了过程、产品及区域等不同研究对象的水足迹核算方法,系统梳理了产品和区域水足迹评价、基于水足迹的区域水资源安全研究、区域水足迹可持续性分析等水足迹主要研究内容的近今进展,并展望了进一步的重点研究方向,即水足迹综合研究、水足迹评价不确定性分析、水足迹与物质流核算的关联研究,以及基于足迹整合的可持续发展多维测度等。     

我国水资源生态足迹分析与预测

生态足迹模型的提出为水资源可持续利用的定量评价提供了新思路.通过构建水资源生态足迹和水资源生态承载力的计算模型,对我国1949～2007年水资源的可持续利用状况作出了客观的评价,并运用ARIMA模型对我国水资源生态足迹变动趋势作出深入的研究.结果表明,1949～2007年,我国人均水资源生态承载力总体上呈下降态势,而人均水资源生态足迹则逐年上升,从而造成人均水资源生态赤字逐渐增大,我国水资源处于一种不安全状态.运用ARIMA(2,1,3)模型的预测结果表明,2008～2012年,我国人均水资源生态足迹将继续呈上升态势,水危机形势将日益严峻.在此基础上,针对我国水资源的可持续利用问题提出了一组政策建议.     

煤炭资源型地区产业能-水足迹效率及影响因素

我国煤炭资源型地区众多,但其资源环境等可持续发展问题形势严峻,如何针对能源和水这两种重点资源进行协同管理是解决这些问题的关键之一。基于区域不同产业能-水耦合视角,采用投入产出分析对2002-2012年山西省不同产业的能-水足迹效率进行评价,并采用结构分解分析能-水耦合的影响因素,主要结论有：（1）研究期间,山西省各产业能-水足迹都呈上升趋势,能源足迹的增加主要表现为各产业间接消耗能源的增加,而水足迹的增加主要表现为各产业直接消耗水资源的增加。（2）不同行业能-水足迹效率差异很大,足迹较大的产业其足迹效率都较低。尽管研究期间各产业能-水足迹效率呈现上升趋势,但大部分产业能-水足迹效率仍处于较低水平。（3）从各产业能源足迹效率和水足迹效率的耦合情况来看,各产业能-水足迹效率耦合状况趋于优化,逐步由低水足迹效率和中等能源足迹效率（W_lE_m）为主转变为中等水足迹效率和中等能源足迹效率（W_mE_m）为主,但与发达地区相比,仍然具有一定的差距。（4）从能-水足迹效率影响因素来看,各产业技术水平的提高是导致能-水足迹效率提高的主要动力,经济规模的持续扩大是各产业能-水足迹上升的主要原因,部门间的联系和地区经济结构对能-水足迹效率的影响也逐步增加。这些发现从理论上揭示了资源利用强度和效率对产业能-水消耗的影响机制,从实践上对资源型地区节能节水具有重要指导意义。     

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...