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。     

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。     

乐山市动物类产品水足迹测算分析

产品水足迹能反映人类活动在产品全生命周期中对水资源的消耗情况, 为水资源的合理分配和利用提供科学依据。以乐山市为例, 运用水足迹的理论和方法, 测算了动物从出生到出栏过程中的虚拟水量以及出栏后加工成肉类产品期间的生产用水量。结果显示: 乐山市动物产品总水足迹在2000-2011 年呈上升趋势, 2011 年较2000 年总水足迹增加了22.23 亿立方米。比较不同种类动物产品水足迹, 由大到小为牛肉>羊肉>猪肉>其它禽肉>兔肉>水产品>禽蛋>奶类。从水足迹构成看, 年虚拟水量占总水足迹的比重在56.03-60.70%之间。动物产品的耗水环节主要为饲料用水以及出栏后动物产品的加工过程, 建议采取改善饲料成分、改变养殖模式以及加强虚拟水贸易等措施, 从而有效降低动物产品的水足迹。     

“双碳”目标下东北三省水-能源纽带关系及网络特征分析

厘清水-能源联动关系，优化水-能源消费结构是实现“碳达峰、碳中和”的首要途径。构建区域资源-经济投入产出模型，以2017年为基准年对东北三省水资源和能源消耗进行测算，并通过展布虚拟水-能源足迹的空间转移变化，分析部门资源流通状况，在此基础上耦合多源数据构建水-能源系统生态网络分析模型，探究水-能源网络耦合特征。结果显示：(1)2017年东北三省直接水资源消费总量为561.97亿m~3,能源隐含水总量为30.48亿m~3,水资源隐含能消费量为699.25万tce,直接能源消费量为40579.95万tce,虚拟水足迹为474.13亿m~3,虚拟能源足迹为54668.6万tce;(2)虚拟水足迹部门转移变化为：辽宁省最大输入路径为食品制造及烟草加工业-农业，吉林省和黑龙江省输入路径则相反；虚拟能源部门转移变化中最大流通部门分别为：建筑业-第三产业/金属冶炼及制品业、采选业-化学工业。(3)水-能源网络循环率均低于40‰,竞争关系是水-能源网络效用矩阵关系中主流关系；在三省中，吉林省水-能源网络的协作性最优，生态网络处于更为稳定的状态之中；水-能源网络耦合后，各省虚拟资源网络共生指数呈现不同程...     

基于多边界改进的京津冀城市群生态系统服务价值估算

从京津冀城市群生态环境一体化角度出发,结合13个地市的行政边界、泰森多边形边界和基于最小累计阻力模型构建的最小累计阻力边界3种不同类型的界限,对传统基于行政边界的生态系统服务价值评估方法进行改进,以估算出京津冀城市群13个地市实际获得的生态系统服务价值。结果表明:(1)13个地市对应的泰森多边形边界、生物多样性最小累计阻力边界和文化服务最小累计阻力边界与13个地市的行政边界相差较大;(2)京津冀城市群各生态系统服务总价值为4544.81亿元,13个地市实际获得的生态系统服务价值差别较大,空间上呈现出由北向南的下降趋势;(3)与传统方法的估算结果相比,北京市、石家庄市、承德市、衡水市、廊坊市、秦皇岛市、唐山市和邢台市实际获得的生态系统服务总价值增加,其中唐山市的增加量最大,超过56.50亿元,其他地市实际获得的生态系统服务总价值减少,天津市减少量最大,超过98亿元;(4)敏感性分析结果表明京津冀生态系统服务总价值相对于生态系统服务价值系数稳定,因此估算方法有效,研究结果可信。     

北京城市生态占水研究

在前人研究的基础上,提出了生态占水的概念及计算方法,构建了生态占水驱动因素分析模型,计算各因素对生态占水变动的贡献率,并采用灰色关联分析法对生态占水-水生态因子进行关联分析。以北京市为例计算1999-2009年的生态占水量,结果显示水量型占水和水质型占水均呈现波动式逐年下降趋势,分别由1999年的25.56亿m³和12.55亿m³减少到2009年的15.65亿m³和4.58亿m³;2003-2005年北京市生态占水率明显高于其它时期,达到80%以上,2006年以后逐步下降,但仍然高于50%;水量型占水是过去10 a中最主要的占水类型。生态占水驱动因素分析结果得出,1999-2009年的总体变动中人均消费水平的提高是促使北京市生态占水增加的关键驱动因素,其次是第二产业增加值。占水-水生态因子关联分析显示,地表取水和污水处理率两个因素与水生境因子的变化有着较强的关联性;退水和地下取水与水环境因子有较强的关联性,地下水埋深和人口两大因素与水安全有着较强的关联性。     

基于投入产出分析的北京市虚拟水核算

城市化进程的加快与工农业的迅速发展使城市水消耗量日趋增加。水资源短缺不仅会造成居民生活质量下降,还会制约社会经济的可持续发展。从贸易和消费的角度核算虚拟水可为研究城市水资源管理提供新的视角。通过投入产出分析了构建了城市系统虚拟水核算模型,利用虚拟水直接和完全用水系数、虚拟水消费量等指标分析城市虚拟水消耗和虚拟水进出口特征。以北京市为例,利用2012年北京市投入产出表和部门的水资源消耗数据核算不同部门的用水系数、最终消费虚拟水量、虚拟水进出口贸易量及部门间虚拟水流转量。结果表明:北京市为虚拟水净进口城市,净进口虚拟水量6.77×10~9m~3,相当于北京市虚拟水用水总量(8.25×10~9m~3)的82%,农业和制造业为主要虚拟水进口部门;北京市虚拟水出口结构存在不合理之处,经济投入产出表中各部门出口总额占最终消费的79.9%,但出口产品消耗的虚拟水占了最终消费隐含虚拟水的85.04%,其中农产品消耗6.7%虚拟水但经济收益仅占1%,说明北京市出口以较大的虚拟水消耗量换取了较少的经济收益,需要减少虚拟水含量较大但经济价值不高的产品出口(如农产品);识别出的主要虚拟水流出-流入关系部门包括农业-制造业,农业-服务业和制造业-建筑业等部门的关联关系,可成为减少间接水消耗的关键路径。     

基于多区域投入产出分析的京津冀地区虚拟水核算

通过贸易与消费调控实现区域水资源优化配置已成为缓解地区水资源压力的途径之一。跨区域投入产出分析可为地区间虚拟水贸易战略提供依据。基于2012年京津冀地区投入产出表与生产用水量构建了跨地区虚拟水核算模型,计算了隐含在经济贸易中的虚拟水总量及各地区各部门的直接用水系数、完全用水系数和拉动系数,分析了各部门虚拟水进出口情况,识别了重点耗水部门。结果表明:京津冀地区呈现虚拟水净出口状态,其中净出口部门主要为北京的服务与交通业,河北的农业和制造业。京津冀的农业、矿业和水供应业在生产过程中直接消耗水量大,应注重提升用水效率及节水技术的开发;三地制造业、建筑业和服务与交通业的平均拉动系数较大,这说明其他部门生产活动对该部门依赖性较大,其单位产出的提高将带动整个地区更多虚拟水量的投入。此外,河北的农业和制造业为京津冀各部门输送了大量虚拟水,为各部门生产提供了支撑,是节水的重点部门,应着重调整其产业结构,并从直接和间接用水两方面入手减少水资源消耗。计算了京津冀地区不同部门的直接、间接水资源消耗、水资源消耗拉动系数,以及部门间的虚拟水贸易情况,结果可为该地区部门间水资源配置和虚拟水战略的制定提供基础。     

人口、富裕及技术对2000年中国水足迹的影响

21世纪水资源短缺问题将成为全球资源环境的首要问题,由于水资源的诸多问题与人类活动密不可分,因此辨明人类活动各因素对水资源影响作用的大小,并依此找寻发展的对策是当前水资源可持续利用研究的一个核心问题.在计算2000年中国的水足迹的基础上,应用STIRPAT模型分析了中国水足迹的影响因素,分解了人口、富裕和技术等对中国水资源的环境影响.结果表明：2000年,中国水资源的消费足迹为7678.45亿m^3,人均609.3m^3/a.人口数量是当前我国水足迹的一个主要驱动因子,富裕程度的提高会增加人类对水资源的总消费,气候因素和区位条件对水足迹具有显著影响,而提高土地生产能力对减少水足迹具有重要作用.在观测数据范围内,分析结果并不支持环境Kuznets曲线存在的论断.最后分析讨论了水足迹研究需要进一步完善的问题以及STIRPAT模型实证分析的政策意义.     

基于CiteSpace的水足迹文献计量分析

以WEB OF SCIENCE数据库和中国知网学术期刊网络出版总库中1993—2016年期刊论文作为数据源,以"water footprint(水足迹)"OR(或)"virtual water(虚拟水)"为关键词进行文献检索,利用CiteSpace可视化文献分析工具,对检索出的文献分别进行关键词、作者、发文机构和载文期刊分析,并绘制出相关知识图谱,以此来探讨水足迹研究领域的发展现状以及未来的相关研究热点。结果表明:(1)水足迹领域相关研究文献数量不断增长,水足迹越来越受到中外学者的关注;(2)国外水足迹研究主要围绕虚拟水和水足迹展开,且对于水权问题的关注度较高,国内水足迹研究主要着眼于虚拟水贸易和虚拟水消费,应用型研究成为水足迹研究的热点,未来水足迹研究热点可能会围绕"水-粮食-能源"三者的耦合展开,对于水足迹与社会经济问题相结合的研究力度会逐渐增大;(3)水足迹领域中外文文献的发文作者都集中于少数研究人员,主要发文作者的研究奠定了水足迹研究的基础;(4)主要的发文机构有Univ Twente、中国科学院等,主要的载文期刊有ECOL ECON、HYDROL EARTH SYST SC、WATER RESOUR MANAG以及《资源科学》《中国人口·资源与环境》《生态学报》等。根据水足迹研究现状,给出了关于水足迹领域未来发展的建议。     

京津冀城市群土地利用变化对地表径流的影响

城市化的显著特征之一是地表景观格局被人为改变,大量硬化地表覆盖、取代了原本自然或半自然的土地覆盖类型,极大地干扰了区域水文循环过程。其中,最直接的体现是对地表径流过程的影响。城市群作为当前我国城市化的重要模式,其聚集连片的扩张模式,对区域地表径流过程的干扰尤为严重。以京津冀特大城市群为研究区域,应用长期水文影响评价模型(L-THIA),以1980、1990、2000、2010、2015年5期土地利用数据、土壤数据以及1950—2015年逐日降雨数据为输入,模拟计算了不同土地利用/覆被格局对多年平均地表径流量的影响。结果表明,(1)经过率定的L-THIA模型能够较为准确地模拟京津冀城市群地区的地表径流分布特征,模型模拟误差在±10%内;(2)1980—2015年,京津冀城市群地区不透水地表面积急剧增加,其净增长值为12690.14 km~2。北京与天津等超大城市不透水地表面积增加最明显;(3)随着土地利用格局的变化,京津冀地区地表径流量呈逐年增长趋势。1980—2015年,京津冀城市群地区地表径流量的绝对增长值为17.84亿m~3,增幅11.83%。其中,1990—2000年及2010—2015年期间地表径流年均增长率较大,分别为0.36%与0.46%。对地表径流贡献较大的土地利用类型为耕地和不透水地表,其5期土地利用情景下的平均产流占比分别为35.38%、22.71%;(4)城市尺度上,不同城市的标准化年均径流深(NAARD)存在较大差异。天津、石家庄的产流能力较强,承德、衡水等城市的产流能力较弱,北京市的标准化年均径流深处于中等水平。另一方面,不同城市标准化年均径流深增长规律也存在较大差异。1980—2015年,天津市的NAARD增长最多,承德市增长最少,北京市的NAARD增长处于中等水平。本文对于京津冀城市群水文过程的时空演变研究以及国土空间优化指导具有参考意义。     

Comparison of volumetric and stress-weighted water footprint of grain products in China

The water footprint (WF) concept links physical and virtual forms of water, which can be used for research on the impact on water resources imposed by human consumption or production activities. Debates remain on the calculation methods due to WF being applied for different research purposes, and the large amounts of data required for the calculation being hard to obtain. This paper calculated and compared two WFs called volumetric WF (the volumes of blue and green water are combined with the same weight) and stress-weighted WF (the volumes of blue and green water are combined with different weights) based on water use data to research crop water productivity of grain crops and its impact on water resources in each region of China. Results for volumetric WF and stress-weighted WF of grain products of each region in China differed greatly. In 2010, the average volumetric WF was 1.25 m³/kg with the blue component 0.53 m³/kg, and the average stress-weighted WF was 0.51 m³/kg. In addition, there were significant differences of both kinds of WFs among regions in China. The results showed that volumetric WF could be used as a comprehensive indicator for evaluating crop water productivity, specified in space and time by source (green and blue WFs). Stress-weighted WF could offer a meaningful way of making quantitative comparisons between products, production systems and services in terms of their potential to contribute to water scarcity. The spatial distribution of these two WFs can help decision making to develop water-saving measures, relieve water stress and restore ecosystems for each region in China.     

Water Footprint of Cereals and Vegetables for the Beijing Market

Beijing is situated in water‐scarce northern China, where there is a history of policies aimed at constraining local agricultural water use to meet the increasing urban water demand. This has led to a change in local crop production and subsequent effects in terms of the importation of cereals and vegetables grown in other parts of China. The dilemma is that local policies designed to improve Beijing's water resources situation may have the unintended consequence of increasing water stress in other regions. In this article, life cycle assessment approaches were used to model both consumptive and degradative water use for the major cereals and vegetables consumed in Beijing, enabling comparison of local and imported supplies. In the Beijing region, cropping cereals rather than intensive vegetables in greenhouses could reduce local blue water consumption by 7,216 cubic meters per hectare per year (m³ ha^?1 yr^?1) and nitrogen pollution by 45 kg ha^?1 yr^?1. However, depending on how the local food shortfall is balanced by imported food, shifts in cropping pattern in Beijing have the potential to cause either an improvement or exacerbation of the nationwide water stress situation (e.g., ?42% to 4% for water scarcity footprint). As such, local policy making regarding agricultural land and water use needs to consider the wider food production context. This situation in Beijing is likely to be representative of the challenge facing many of the world's large and mega‐sized cities, where a sustainable means of increasing food supply must be found.     

基于BP神经网络的京津冀城市群可持续发展综合评价

在综合分析了京津冀城市群各城市功能定位的基础上,构建了包含经济发展、社会发展、科技创新和生态环境4个子系统的城市可持续发展评价指标体系,运用2006—2015年的数据,采用熵值法和BP神经网络对京津冀城市群可持续发展能力进行非线性测度与分类,结果较为理想。结果表明:(1)北京和天津处于高可持续发展水平,可持续发展能力在空间上呈现出以京、津为中心随距离递减的趋势,最南端的邯郸和邢台处于低可持续发展水平;(2)北京可持续发展能力呈现下滑趋势,其他城市可持续发展能力逐年稳步上升,大城市可持续发展压力较大;(3)城市在不同子系统中存在各自的优劣势。各个子系统在可持续发展中均起到重要作用,城市宜结合各自子系统的优、劣势制定具有针对性的发展对策。     

Water footprint and economic water productivity assessment of eight dairy cattle farms based on field measurement

Water scarcity prevailing in the drylands is threatening the sustainability of livestock production systems. The water footprint (WF) indicator was proposed as a metric of water use. This study aimed to determine the WF and the economic water productivity (EWP) of 1 kg of fat and protein-corrected milk (FPCM) in eight dairy farms (n = 8; animals = 117 ± 62; area = 198 ± 127; 95% confidence level) in northern Tunisia. Then, to assess the effects of three simulation scenarios targeting the reduction of the WF of milk production (scenario A: using triticale silage to replace, on DM basis, the silage of maize, sorghum or ray-grass; scenario B: reducing by 56% the wastage of water devoted to milking, cooling, cleaning and servicing; scenario C: using concentrate feeds imported from Brazil and Argentina instead of that imported from France). A year-round monitoring of on-farm practices was performed using water-meters and recording equipment installed in key locations in the target dairy farms: (i) water used for feed production, (ii) cow watering, (iii) servicing water, (v) crop and forage production and (iv) economic and production performance were controlled by water source (green and blue). Over the eight farms evaluated, milk production consumed on average 1.36 ± 0.41 m³/kg FPCM, of which 0.93 ± 0.40 m³/kg FPCM was green water and 0.42 ± 0.30 m³/kg FPCM was blue water. However, virtual water of 1 kg FPCM averaged 43% ± 14.3%. Water used for feed production for lactating cows represents approximately 87% ± 6% of the total WF of milk production. However, drinking and servicing water contributed by 3.75% ± 2% and 9% ± 5% to the total WF of milk, respectively. The EWP assessment revealed that the selected dairy farms had a relatively small gross margin per m³ of water averaging US$ 0.05 ± 0.04. The variation in WF of milk was mainly associated with diets’ ingredients, which affected milk productivity and water consumption. Scenario analysis indicated that using feed with less water requirements or importing feeds from countries where its water consumption is low could reduce consumptive water use for milk production by up to 16%. The efficient use of servicing water could reduce blue WF of milk by up to 4%. The implementation of these measures would lead to potential total water savings in the Tunisian dairy sector of 646 million m³ per year (30%).     

城市发展指数和生态足迹在直辖市可持续发展评估中的应用

综合应用城市发展指数(CDI)和生态足迹(EF)指标,分析各直辖市1978—2012年的可持续发展情况,衡量发展方式由资源消耗型向环境友好型转变的程度。研究表明:各直辖市的CDI不断增长,至2012年均达到80左右,基本处于同一层次水平,城市经济社会发展状况总体良好。EF的动态变化呈现阶段性发展的特点,各直辖市间也存在显著差异,除上海市,其他3个直辖市的EF呈现增长态势,至2012年,北京EF最高(2.60 hm2/人),重庆最低(1.79 hm~2/人),是唯一一个低于全国平均EF的直辖市。综合分析CDI和EF,在相似的社会经济发展水平下,重庆市的资源消耗较低,可持续发展潜力较大;天津市一直处于资源消耗型发展中,亟待转型;近十年来,上海和北京的城市建设模式出现了一定转变,由以消耗环境资源为代价的发展模式转变为环境友好型的发展模式。     

Reduction and reallocation of water use of products in Beijing

The virtual water concept has received significant attention through manifesting the role of human activities such as consumption and international trade on water resources. However, few studies have focused on how the interactions of local supply chain exert impact on local water resources associated with virtual water flows. In this study, we introduce an indicator which is attached to the virtual water concept, termed the “internal water use of products” (IWUP), to examine the direct and indirect water use from local water supply for goods and services in Beijing for the years 1997, 2000, 2002, 2007, and 2010. This indicator links the pressure on local water resources to the final products with sectoral details, highlighting the importance of economic analysis in local water resource management. A structural decomposition analysis revealed that the increase in economic water productivity would have caused Beijing's IWUP to decrease by 196% from 1997 to 2010, if other determining factors remained constant. Such great efficiency improvements have allowed Beijing to fulfill its objectives of economic growth, whilst in the meantime reducing the water used in production. However, we also found that production structure adjustment would increase the IWUP, mainly due to a shift from agricultural and industrial sectors to service sectors.     

北京湿地削减大气PM2.5的生态系统服务流研究

湿地对大气颗粒物的沉降和运移有一定的影响。目前,相关研究多集中在小尺度定量湿地下垫面的颗粒物沉降速度与沉降量以及湿地植物对颗粒物的吸附或阻滞作用。但由于方法的缺失,研究无法在大尺度上定量解释有关湿地对颗粒物的产生、转移、转化和传递过程,这也导致研究结果对政策制定和城市空间规划缺少指导作用。因此,本研究引入了生态系统服务流模型的理论框架,结合颗粒物干沉降与HYSPLIT模型,量化北京市湿地削减PM_2.5服务的物理流量、流动路径以及受益地区。研究结果表明：（1）北京市湿地2015年PM_2.5沉降总量为4240 t,单位面积的平均沉降量为8.27×10^-3 kg/m²;2018年为2610 t,单位面积的平均沉降量为4.46×10^-3 kg/m²;（2）2015年和2018年北京市湿地削减PM_2.5生态系统服务物理流量最高值均出现在冬季,最低值出现在夏季,总体呈现出冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季的趋势;（3）2015年和2018年向华北地区迁移的气流轨迹占当季气流轨迹总数的比例最大,京津冀地区与山东省为主要受益区。研究结果既为科学管理湿地资源和实现区域可持续发展提供客观准确的依据,也可为开展湿地生态系统服务流的相关研究奠定一定的基础。