基于生命周期评价的本土化水足迹影响评价模型构建

水足迹作为评价水资源消耗和污染情况的综合性指标,能够对水环境面临的环境风险进行科学系统的量化、评估和管理。针对传统水足迹影响方法未进行环境影响评估等问题,研究构建了一个符合ISO 14046国际标准的基于生命周期评价的通用型本土化水足迹影响评价模型。研究通过多介质逸度模型模拟了多介质污染物排放在环境中的迁移转换,从而剔除最终未进入到水介质的部分,同时仅考虑了与水环境有关的经口摄入途径,首创了集水稀缺影响、水污染生态与健康风险量化为一体的且适用于我国国情的水足迹评价模型。模型的构建可帮助实现水系统优化,有效控制二次污染及污染转移,实现精准管控。同时由于模型具有普适性,其也可为其他国家或区域开展生命周期水足迹影响评价提供理论支持和实践经验。此外,研究以某企业镍铁合金生产的水足迹影响评价为例,对模型的应用进行了示例研究。研究发现为该企业镍铁合金生产的水足迹影响主要来源于交通运输、焦炭生产、发电、压缩空气以及电极糊制备等间接过程。同时,为降低其环境负荷,需控制氮、磷、二氧化硫及铬、砷、汞、铜等重金属的排放。     

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.     

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。     

我国几种典型棉纺织产品的工业水足迹评价

产品水足迹评价能够揭示人类活动在产品全生命周期中的水资源综合影响,可以为提高水资源利用与管理水平和引导绿色消费提供重要的科学依据和技术手段,是当前水资源评价与管理领域的热点研究方向。纺织品是日常生活最主要的消费品之一,其工业生产过程需要利用大量的水资源,同时排放出的工业废水还会对周围水环境造成严重影响。为了揭示纺织品生产过程的水资源综合影响,运用工业水足迹的概念与原理,探讨和明确了纺织品工业水足迹评价的系统边界与内容,建立了相应的核算方法,并选择了花灰布、漂白布、染色布、色织布等四种典型棉纺织产品进行了工业水足迹评价。结果显示,漂白布的工业水足迹较小为36.51L/lb,花灰布次之为37.84L/lb,染色布的平均工业水足迹为61.52L/lb,色织布水足迹最大,平均值为81.51L/lb。比较同种类型、不同颜色纺织品的工业水足迹,由大到小依次为深色中色浅色,即颜色越深对水资源的影响程度最大。从水足迹构成来看,棉纺织产品的工业水足迹主要来自于直接工业水足迹,间接工业水足迹占比较小;在直接工业水足迹的构成中,蓝水足迹的贡献较大。     

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：(1)2009—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,...     

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。     

旅游水足迹评价初探

对旅游活动过程的水资源综合影响进行科学评估是制定旅游业水资源管理和保护措施、提升旅游水资源利用效率的重要前提和基础。为丰富和发展旅游业水资源影响的评价方法, 提出了旅游水足迹的概念, 即在一定区域范围内, 旅游活动中食、住、行、游、娱、购各环节消费的产品和服务的生产过程所消耗的水资源量。旅游水足迹评价则是对旅游水足迹各环节进行量化和分析的过程。进而分析了旅游水足迹的内涵, 确立了旅游水足迹评价的系统边界是以旅游六大要素直接相关的旅游活动过程产生的水足迹。在边界范围内从交通、住宿、餐饮、游览、购物五个方面构建了核算框架和核算方法。最后, 从旅游产品、企业、行业和区域四个层面分析了旅游水足迹评价的应用, 并对今后的研究重点进行了分析。     

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。     

环境足迹的核算与整合框架——基于生命周期评价的视角

环境足迹及其与生命周期评价(LCA)的关系是工业生态学关注的新热点。从探讨环境足迹与LCA的关系入手,以碳足迹、水足迹、土地足迹和材料足迹为例,分别对每一项足迹指标两个版本的核算方法进行了比较。根据清单加和过程的特点,将所有足迹指标划分为基于权重因子和基于特征因子两类,总结了两者的适用性和局限性。在此基础上提出了一个环境足迹核算与整合的统一框架。该框架基于LCA视角建立,但对系统边界和清单数据的要求相对灵活,因而也适用于生命周期不甚明确的情形。研究在一定程度上揭示了足迹指标的方法学实质,同时也为环境影响综合评估提供了一条规范化的途径。     

基于投入产出表的中国水足迹走势分析

水足迹是近年来国内外研究水资源压力的常用方法.基于投入产出表的水足迹分析方法,分析了我国1997-2007年的水足迹状况,改进了耗水系数的计算方法,研究了基于稀释理论的灰水足迹计算方法,计算了外部水足迹及额外水足迹负重以及相应系数,分析了我国水足迹消费的商品(服务)结构.结果表明,1997-2007年我国年均水足迹总量为2.83万亿m3,总体呈现下降趋势,其中蓝水足迹为2183亿m3,灰水足迹为2.62万亿m3(以Ⅲ类水标准核算).在水足迹总量中,间接水足迹占据比例达到90％,可见水资源压力的产生主要基于商品或服务的消费.我国水足迹基本上依靠自给,同时我国承担其他国家的水资源压力的比例很大,但是整体上呈现下降趋势.从水足迹消费商品(服务)结构上看,与饮食相关的商品或服务占较大比例.     

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。     

Environmental improvement of lead refining: a case study of water footprint assessment in Jiangxi Province,China

Purpose

China is currently facing water scarcity due to its large national population and rapid economic development. Lead is a typical non-ferrous metal. The lead industry is one of the top 10 water-consuming industries in China and suffers from the heavy burden of properly managing discharged wastewater containing heavy metals and organic pollutants. Accordingly, a water footprint analysis of lead refining was conducted in this study to enhance the water management in China’s lead industry. This study is part 2 of the environmental improvement for lead-refining series.

Methods

In accordance with the ISO 14046 standard, life cycle assessment-based water footprint analysis was applied to a lead-refining enterprise in Jiangxi Province, China. Five midpoint (i.e., water scarcity, aquatic eutrophication, carcinogens, non-carcinogens, and freshwater ecotoxicity) and two endpoint (i.e., human health and ecosystem quality) indicators are utilized to assess the water footprint impact results.

Results and discussion

Direct pollutant emissions are a major contributor to ecosystem quality and freshwater ecotoxicity, whereas indirect processes (i.e., industrial hazardous waste landfill, transport, and chemicals) contribute considerably to human health, aquatic eutrophication, and carcinogen categories. Chromium, copper, arsenic, and zinc were the key substances in the lead production chain, and their emissions exerted a significant impact on human health and ecosystem quality.

Conclusions

Reducing direct copper emission was the most important key to minimizing ecosystem quality decline in China’s lead industry, and optimizing indirect processes was effective in mitigating the impact on human health. Enhancing wastewater treatment, increasing chemical consumption efficiency, optimizing transport and industrial hazardous waste disposal, improving supervision, issuing relevant governmental regulations, and adopting advanced wastewater treatment technologies are urgently needed to control the water footprint.

     

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。     

基于数据包络分析的江苏省水资源利用效率

采用水足迹理论分析江苏省2000-2010年水资源的真实利用情况,同时从投入产出的角度出发,选取农业用水量、工业用水量、生活用水量、COD排放总量、固定资产投资总额和从业人员数作为投入指标,GDP和粮食产量作为产出指标,运用数据包络分析中的C2R和BC2模型对这11a间江苏省的水资源利用效率进行评价.研究表明:2010年江苏省的水足迹为778.28m3,总体呈缓慢上升趋势.农业用水、工业用水和虚拟水贸易是江苏省水资源利用中的主要组成部分.11a间DEA有效年份占64％,投入冗余和产出不足均为0,即投入和产出达到最优状态.在DEA无效年份中存在冗余,存在资源浪费和污染高排放的情况.可以通过DEA投影结果对其进行改进,实现资源的最优配置.     

北京市住宅建筑生命周期碳足迹

从生命周期角度看,建筑碳足迹与能源和建材生产系统具有密切关系。随着技术的进步和节能政策的推进,中国能源的生产和使用,以及建材生产过程中的环境排放都随着时间在持续降低,这将间接地影响到建筑的环境表现。依据1990—2010年期间每5a的中国能源与建材生命周期清单数据,对北京市20年间住宅建筑系统开展生命周期评价和碳足迹核算,以揭示北京市住宅建筑系统的环境负荷变化特征。结果表明,北京市住宅建筑生命周期碳足迹随时间推移呈现降低趋势,主要来自能源系统和建材生产系统的碳减排贡献。不同结构建筑的碳足迹尽管有差异,但也呈现了相似的下降趋势。从生命周期阶段看,建筑碳足迹主要体现在建筑使用阶段和建材生产阶段。尽管建筑使用阶段的节能对于降低建筑生命周期碳足迹具有重要贡献,但节能在经济成本及环境成本方面而言是有限度的。在可持续的环境政策管理制定中,应从生命周期角度,统筹考虑协调各行业减碳的协调发展。论文同时也验证了在生命周期评价中考虑时间变量将有助于更好地利用生命周期评价结果支持环境可持续管理。结论对于城市规划的政策制定、量化环境表现是有益的。     

基于生态足迹修正模型的江苏省海洋经济可持续发展分析

基于生态足迹的理论和方法,提出海洋生态足迹的概念,并根据江苏省海洋环境的特殊性,构建了渔业用海、交通运输用海、工程建筑用海、能源用海、滩涂5个海洋生态足迹子模型,采用改进熵值法确定5类用海的均衡因子,分析了2000-2008年江苏省海洋生态足迹和生态承载力.结果表明:2000-2008年间,江苏省人均海洋生态足迹增幅近7倍,从36.90 hm2上升到252.94 hm2;人均生态承载力从105.01 hm2增至185.49 hm2,呈平稳增长态势;2000年,江苏省海洋环境处于生态盈余状态,海洋经济呈弱可持续发展状态,2004年,海洋生态环境急剧恶化,生态赤字高达109660.5 hm2,海洋经济可持续能力下降.渔业用海的高生态足迹是造成江苏省海洋生态赤字的主要原因,滩涂是维持江苏省海洋经济可持续发展的重要后备资源.     

Carbon and water footprints of Brazilian mango produced in the semiarid region

Purpose

Awareness regarding carbon and water footprint has gained visibility, encouraging actions towards compliance with the main available standards by fruit producers. This study presents the carbon and water footprint of packed mango produced in Vale do São Francisco, the main irrigated valley in Brazil. It provides an approach to identify the critical processes and opportunities for improvements in the conventional crop system that may support producers in the task of developing future site-specific assessments.

Methods

This assessment followed ISO 14046 and ISO 14067 for water and carbon footprints, respectively, as well as specific requirements of product category rule (PCR) 013 for fruits and nuts and Publicly Available Specification (PAS) 2051-1 for horticulture products. Primary data was collected for nursery (seedling), land use change, crop production, and packaging, considering five exported mango varieties: Palmer, Keitt, Kent, Haden, and Tommy Atkins. The carbon footprint assessment was based on the impact category climate change, while water footprint encompassed the following categories: water scarcity, marine and freshwater eutrophication, human toxicity (carcinogenic and non-carcinogenic), and freshwater ecotoxicity. The footprint analysis was performed for 1 kg of packed mango.

Results and discussion

The three main processes responsible for both footprints were related to crop production: fertilizer and electricity production as well as mango cropping. Moving from Caatinga vegetation to mango orchards increased carbon storage but was not enough to offset the impact on climate change. For water footprint, it was observed that the total volume of applied irrigation water was already below technical requirements and cannot be reduced, the same occurring for nitrogen fertilization. Scenario analysis showed that the use of alternative electricity sources and the reuse of wastewater brought no major improvement in results. Furthermore, the choice of local or country level characterization factors for water scarcity changed results significantly. Discussions are made regarding (i) the relevance of mango footprints when compared to other irrigated fruits, (ii) possibilities for improving mango footprint performance, (iii) the need for updating product category rules for fruits, and (iv) the quality of provided inventories and results.

Conclusions

The comparison of mango footprints with previous studies of irrigated fruits showed that mango performance is similar or better than many irrigated fruits, cultivated all over the world. Moreover, footprints may be further reduced if mango orchards are established in previously deforested land or areas occupied with annual crops and if improvements are made in the irrigation and fertilization practices at each mango production stage.

     

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...