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。     

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.     

基于模糊综合评判的山东省水资源承载力评价

水资源承载力是社会经济稳定发展所能支撑的最大可利用的水资源。在对山东省水资源现状进行调查和统计的基础上,选取人均水资源量、水资源利用率、供水模数、降雨量,人均GDP、人口密度、人均生活用水量、万元GDP用水量、万元工业产值用水量、万元农业产值用水量,耕地灌溉率、生态环境用水率、森林覆盖率共13个主要影响区域水资源承载力的因素作为评价因子,应用模糊综合评判模型对山东水资源承载力现状进行评价。结果表明:山东省水资源综合评价结果 a值在2001—2009年间低于0.6,2010—2015年间高于0.6,表明山东省水资源承载力总体得到了提高;另外2001—2015年间,大部分年份的a值小于0.6,个别年份低于0.4,年际变化相对较大,可见山东省水资源承载力水平总体较弱,年际变化较大。     

中国农业生态效率评价方法与实证——基于非期望产出的SBM模型分析

生态效率是衡量经济与资源环境协调发展的重要指标.基于将农业面源污染作为非期望产出的考量,在对传统DEA模型进行修正的基础上,采用非径向、非角度的SBM模型对中国30个省份的农业生态效率进行了测算,并给出了农业生态效率的改善途径.研究结果表明:1998-2009年中国农业生态效率虽然呈现缓慢上升态势,但整体仍处于较低水平,除北京、上海、海南、重庆外,其余省市都需要改变投入和产出来优化农业生态效率;资源的过度消耗和环境污染物的过量排放是农业生态效率损失的主要原因.提高资源利用效率、降低资源消耗量和环境污染物的排放量是农业生态效率改善的重要途径.     

效率视角下的省域生态文明建设评价研究

在界定生态文明概念的基础上,从省域层面入手,选取25个具有可操作性的评价指标,构建以国土空间优化、资源节约集约利用和生态环境保护为一级指标的生态文明建设评价指标体系,综合运用网络层次分析和集对分析等研究方法,定量研究我国省域生态文明建设绩效;在此基础上,将国土空间优化绩效、资源节约集约利用绩效和生态环境保护绩效作为产出指标,将就业人数、科学技术财政支出、节能环保财政支出作为投入指标,运用数据包络分析法测度各省(市)生态文明建设效率,分析指标投入冗余和产出不足情况,并修正评价绩效。研究表明:(1)规模效率低于0.6的省份共24个,占80%,规模效率不高是制约生态文明建设水平提升的重要障碍;(2)在生态文明建设投入冗余和产出不足方面,数值较高的省(市)在地理分布上具有明显的区域聚集性;(3)领先地区资源节约集约利用绩效平均分高达3.92,落后地区平均分仅为0.84,生态文明建设绩效的差异性在资源节约集约利用方面表现的尤为明显;(4)人口规模偏大、绿色生态空间建设滞后于经济发展、水资源利用效率不高是多数生态强省(市)的薄弱环节。     

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.     

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。     

基于生态足迹模型的辽宁省水资源可持续利用分析

运用水资源生态足迹模型,从时间和空间两个维度对辽宁省水资源生态盈亏和用水效率进行研究,并将研究结果与其他省份及其他方法的研究结果做了比较。时间维度研究结果表明,2000—2012年期间,仅2010年人均水资源账户生态盈余,其他年份均生态赤字,水资源利用不可持续;人均水资源生态足迹主要受农业用水足迹影响,人均水资源生态承载力与降水量呈显著正相关;用水效率逐年提高,有助于缓解水资源危机。空间维度研究结果表明,2011年仅丹东呈水资源生态盈余,其他13个地级市均为生态赤字;经济发达地区用水效率普遍高于经济欠发达地区,农业发达地区水资源生态赤字严重且用水效率偏低。对比分析表明,2007年辽宁省水资源生态足迹显著高于河北、四川和浙江省。建议加大水资源生态承载力、减少水资源生态足迹并削弱区域水资源不平衡等,推动辽宁省水资源的可持续利用。     

水资源生态足迹计算方法

Wackernagel创立的生态足迹模型是一种较好的评价可持续发展与利用的方法,但是在该模型中,仅评价了的地表水域的渔业功能,忽略了地下水和地表水作为水资源的其他功能.分析生态足迹模型及水资源的特点后,在其理论框架下设立水资源帐户,并阐述了该帐户的内涵,建立了水资源生态足迹以及水资源生态承载力的计算模型,确定了计算水资源帐户生态足迹所需的3个关键参数即全球平均水资源产量、全球均衡因子和地区产量因子,按水资源利用的一般分类对水资源帐户进行了细分.通过利用该模型对江苏省1998～2003年水资源生态足迹的计算,结果表明,计算结果可以客观的评价江苏省水资源可持续发展与利用的情况,证明了模型的正确性和科学性,从而弥补了生态足迹模型的不足.     

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。     

基于投入产出方法的甘肃省水足迹及虚拟水贸易研究

随着社会化进程的加快,地处西北内陆的甘肃省正面临日益严峻的水资源短缺危机,社会经济发展受到一定程度的制约,水生态环境也呈现出恶化的趋势。水足迹是近年来提出的衡量人类活动对于水生态系统影响的指标,能够帮助决策者制定水资源管理及保护的政策,从而实现地区水资源的可持续利用。运用单区域投入产出方法计算并分析了甘肃省1997、2002和2007年第一产业、第二产业和第三产业部门的虚拟水强度、水足迹以及虚拟水贸易情况。结果显示:(1)甘肃省第一产业的虚拟水强度最高,但呈现出逐年下降的趋势,水足迹也因此有所下降;(2)虚拟水贸易方面,甘肃省以虚拟水净出口为主,尤其是第一产业,每年虚拟水净出口量约全省总水资源量的10%。建议甘肃省继续巩固已有的节水成果,调整产业结构,大力发展节水型产业和高新技术产业。同时建议适当调整贸易格局,合理控制虚拟水出口,以缓解当地水资源短缺危机,保障地区水安全与生态安全。     

基于水足迹的山东省农业水土资源匹配特征及短缺压力分析

高强度农业开发引起的农业水土资源生态问题日益增多,探究粮食及蔬菜（粮蔬）生产中水土资源空间配置及短缺压力对农业资源的可持续利用具有重要意义。从水足迹视角出发,分析了山东省3种主要粮食作物（冬小麦、玉米及大豆）和两种不同种植模式蔬菜（设施蔬菜和露地蔬菜）的生产水足迹空间特征;同时将资源数量及资源质量的概念纳入研究框架,分析了农业水土资源数量及质量匹配格局差异,并进一步探究了农业水土资源短缺压力及其影响因素。研究结果表明：（1）2019年,山东省粮食和蔬菜的生产总水足迹为811亿m³,其中粮食生产总水足迹占比78.50%,蔬菜生产总水足迹占比21.50%;粮蔬生产水足迹受地势影响明显,鲁西北及鲁西南平原地区的粮蔬生产水足迹占比较大。（2）考虑资源数量的水土资源匹配系数均值为0.622×10⁴ m³/hm²,考虑资源质量的匹配系数均值为0.416×10⁴ m³/hm²;水土资源数量及质量匹配系数在空间上呈现出一致性,表明山东省农业生产水土资源空间配置水平高的地区同时面临着较大的农业面源污染压力。（3）整体上,土地资源短缺压力略高于水资源短缺压力;基于生产视角的水土资源短缺压力受生产环境因素制约显著,受经济发展因素的影响具有差异性,社会因素对水土资源短缺压力无显著影响。研究可为农业资源可持续管理提供数据基础,为全面理解粮蔬生产所产生的水土资源短缺提供案例参考。     

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。     

“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...     

水资源投入产出方法研究进展

从扩展建模技术、系数调整2条线索回顾国内外的水资源投入产出研究进展, 并讨论水资源的投入产出研究的不足和发展趋势。因为水资源投入产出表反映的是水资源与经济结构的关系,如果研究人员自己编制一张水资源投入产出表是不容易的事情。通常情况下都是以研究地域的投入产出表为基础,与其他模型相结合来研究水资源投入产出,但是水资源投入产出建模技术因为数据的限制而只能建立年度模型,具有很强的前提假定,使得投入产出建模技术缺乏灵活性,因而在运用中有对模型改进的必要。水资源投入产出扩展建模技术在这些方面就分别形成了与地区投入产出表结合的投入产出建模技术、与水资源供给相结合的投入产出扩展建模技术、与延长表结合的投入产出扩展建模技术。时效性缺乏一直就成为影响IO模型研究的最主要的瓶颈之一,为此,对各种用于建立新的 IO 表技术的研究一直受到普遍的重视。目前, IO 表系数调整方法已从消耗系数不变的系数调整方法、以RAS为代表的比例法, 发展到多种手段相结合的优化法。算法的改进和求解非线性规划问题的大量计算机软件的出现使得非线性优化模型得到了广泛的应用。     

基于ISO 14046的工业产品水足迹评价研究——以电缆为例

水足迹国际标准(ISO 14046)于2014年发布,基于生命周期评价(LCA)的思想,水足迹被定义为量化与水相关潜在环境影响的指标。在ISO14046的原则、要求和方法学框架基础上,介绍了工业产品水足迹的计算和评价方法,并以铜电缆和铝合金电缆为例进行研究,分别评价了两类电缆生命周期过程产生的与水相关环境影响。与水足迹网络(WFN)的方法侧重于计算生产产品所需要的水资源总量不同,ISO的方法更关注于产品全生命周期过程的环境影响评价。案例研究表明:铜电缆生命周期全过程耗水量与铝合金电缆相比少24.8%,水短缺足迹相比则少97.9%。这是因为铜电缆生产地江苏的水压力指数(WSI)小于铝合金电缆生产地河北的WSI。由此,在江苏地区生产电缆使用的水资源对当地水环境压力造成的影响远小于在河北地区生产电缆造成的影响。采用科学合理的水足迹评价方法,量化工业产品全生命周期带来的环境影响,能为我国实现工业布局的合理规划和水资源的可持续利用提供科学依据。     

An integrated data envelopment analysis and emergy-based ecological footprint methodology in evaluating sustainable development,a case study of Jiangsu Province,China

Many cities are experiencing rapid urbanization and ecological degradation, which has resulted in unsustainable development. It is essential to conduct a scientifically rigorous method to assess the regional sustainability. Among many indicators, eco-efficiency could be an effective instrument to promote a transformation towards sustainability. This study applied the emergy ecological footprint analysis and data envelopment analysis to evaluate the eco-efficiency using data collected from 1993 to 2012 for Jiangsu Province, China. The results showed that Jiangsu’s emergy ecological footprint and ecological deficit experienced an ascending trend in general during the period 1993–2012, indicating that the regional development of Jiangsu has been moving away from sustainability for a long time. In six types of biologically productive areas, fossil land and arable were the major parts of emergy ecological footprint. Furthermore, the growth of green gross domestic product was only about 52% of the conventional gross domestic product, and the pollutants emission, energy and resources consumption increased yearly as the gross domestic product increased. Finally, the result of the data envelopment analysis model showed that the effective years only accounted for 20% during the 20 years. In the inefficient years, biological resources, energy resources, pollutant emission (wastewater, gas and solid) and labor were overmuch, and the efficiency of fund usage achieved the optimal in Jiangsu Province. Therefore, improving the level of agricultural modernization, increasing the proportion of non-fossil energy, developing renewable energy and reducing pollutant emission are recommended to promote the regional sustainability.     

区域生态经济系统的物质输入与输出分析——以常州市武进区为例

运用物质流分析（MFA）方法,对江苏省常州市武进区生态经济系统中物质输入与输出进行了系统的分析,结果表明：（1）随着社会经济发展和人口增长,武进区物质输入总量及人均物质输入量也在增加,但递增速率均远小于GDP增长速率,而物质输出总量及人均物质输出量则呈现递减趋势;（2）在不考虑水的因素情况下,武进区物质输入量保持较快的上升速度,其中固体物质的增长速率远远大于气体物质的增长速率;物质输出量则呈总体下降趋势,其中以气体物质输出量的贡献最大,对环境造成污染的物质以气体特别是以化石燃料燃烧排放的废气和工业废气为主;（3）排除占大部分比例农业用水的上升,工业用水、城镇生活用水和地下水总量及人均利用强度都在减少;同时,总的废水排放量及人均排放量在减少,其中又以生活废水排放量的减少最快,其次是工业废水;（4）单位GDP物质输入量的变化处于波动状态,同期的单位GDP物质输出量则呈递减趋势,单位GDP用水量和单位GDP废水排放量则有相同的递减趋势,表征了武进区资源利用效率的稳步提高,区域经济增长和环境压力也在逐步脱钩。上述结果体现了武进区近年来循环经济发展模式的优势,但还存在较多问题,说明武进区在调整物质利用强度和提高资源利用效率方面还需下更大的功夫,并采取相关措施,以期提高实施循环经济战略与建设节约型社会的地位和意义。文章最后结合研究区实际情况就区域环境一经济的协调发展进行了展望,指出了物质流分析方法在应用中的一些缺陷,为今后该领域的进一步研究提供了借鉴。     

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。