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,...     

环境影响评价中人文因素作用的空间计量

辨明人文因素对环境影响作用的大小,并依此找寻发展的对策是当前可持续发展研究的核心问题之一.采用中国2000年各省(区、市)的水足迹作为环境影响测算指标,运用空间自相关模型,分析了中国2000年水足迹的空间分布特征,结果表明:中国各省市的水足迹具有明显的空间相关性,在地理上存在集聚现象.进而在传统的人文驱动因素的随机回归影响模型--STIRPAT模型的基础上,通过加入空间项构建空间滞后模型和空间误差模型,定量地检验了中国的人口数量和富裕程度等人文因素对环境的影响,结果表明:人口数量对环境影响显著,而富裕程度对其影响较小;转变传统的经济增长方式,走新型工业化道路对环境影响显著,城市化率对环境没有显著影响;在控制人口变量的基础上,现有样本数据支持倒U形的环境Kuznets曲线假说,其拐点值为10560.92元;在技术水效率方面,海南的技术水效率最高,而青海和内蒙古的技术水效率最低.     

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。     

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。     

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.     

中国省际水足迹强度收敛的空间计量分析

计算了1997—2010年中国31个省市的水足迹强度,整体呈现明显下降趋势;运用全局Moran's I指数探讨中国各省市水足迹强度空间自相关模式,发现1997—2010年水足迹强度显示出全局正的自相关,自相关程度逐年增大。基于省际水足迹强度的面板数据,空间计量收敛分析结果表明中国各省市水足迹强度存在绝对β收敛,空间因素在水足迹强度收敛过程中起到重要作用。在考虑了空间效应情况下,收敛时间明显延长。通过条件β收敛检验,人均GDP、人均水足迹、工业水足迹强度、教育经费比重、外商直接投资、市场化程度均在不同程度上影响着水足迹强度收敛。在标准条件β收敛模型中人均GDP和工业水足迹强度分别正向和负向显著影响水足迹强度的收敛,而在空间滞后模型和空间误差模型中的条件β收敛中只有人均水足迹负向显著影响水足迹强度的收敛。最后对中国水资源利用效率健康发展提出了相应的政策建议。     

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。     

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...     

中国水生态足迹广度、深度评价及空间格局

运用生态足迹方法对水资源进行流量资本和存量资本区分,测算分析了中国31个省市1997—2014年的水生态足迹广度与深度。结果显示:(1)中国的水生态足迹广度受年际水资源量丰枯影响,总体呈波动趋势;各省市的水生态足迹广度存在着明显差异,南方地区水生态足迹广度普遍大于北方地区;(2)研究期内,中国的水生态足迹深度只有1998年为1,其余年份的水资源流量资本已不能满足人类生产生活的需求,需要消耗水资源存量资本;各省市之间水生态足迹深度相差较大,整体上北方高南方低,其中14个省份18年的平均水生态足迹深度为1,平均水生态足迹深度最高的地区是宁夏的308.12;(3)运用空间自相关方法对31个省市的水生态足迹广度和深度进行分析得出,中国省际水生态足迹广度与深度均存在明显的空间集聚现象。水生态足迹广度H-H集聚地区主要集中在中国南方地区,水生态足迹深度H-H集聚地区主要集中在中国北方地区。通过对全国水生态足迹广度与深度的测度分析为水生态足迹分析提供新的研究方法,同时也为区域水资源可持续利用提供理论依据。     

汉江上游金水河流域森林植被对水环境的影响

以汉江上游金水河流域为研究区域,分析了流域森林植被对水环境的影响。利用年降水量、林冠截留率和不同森林类型面积的数据,计算了金水河流域森林生态系统的水源涵养量,分析了流域森林植被对水量的影响;采用监测的方法,分别对金水河流域阔叶林森林生态系统的大气降水、枯落物层、土壤层和出口河水的水质进行了比较分析,探讨流域森林植被对水质的影响。结果表明,(1)金水河流域森林生态系统的水源年涵养总量为466.79×106m3,(2)流域阔叶林森林生态系统能够调节pH值,缓解大气降水的酸性环境;降低了大气降水中TDS、CODMn、HCO3、SO4、Cl、NO3、NH4-N、NO3-N、PO4-P、TDP、As、Ba、Cr、Na、Pb、Fe、K、Mn、V和Zn的含量,净化了水质。(3)根据各贮水层的水质分析,推断了河水中各物质的不同来源。研究为南水北调中线工程水源地的管理和建设提供了参考。     

海洋生物多样性损害与沿海地区经济增长关系实证研究

海洋生物多样性是海洋生态系统服务的基础,保护海洋生物多样性不仅对维持地球生态系统的功能至关重要,也与人类福祉密切相关。基于沿海11个省区生态系统亚健康程度指标和物种多样性损害指标,运用面板回归模型对中国沿海地区经济增长与海洋生物多样性损害的关系进行实证考察。研究结果表明：(1)海洋生态系统亚健康程度与沿海地区经济增长之间存在显著的线性关系,随着经济增长,典型海洋生态系统亚健康状态占比呈现出持续上升趋势。此外,实施排污费制度和建立海洋自然保护区有利于抑制海洋生态系统的恶化。(2)海洋物种多样性损害与沿海地区经济增长之间存在显著“倒U”型关系,随着经济增长,海洋物种多样性损害呈现先上升后下降的态势,转折点为人均GDP 45145元,目前海南省、广西壮族自治区、河北省未跨过转折点。此外,排污费制度有利于抑制海洋物种多样性损害,而沿海地区目前的产业结构加重了海洋物种多样性损害。根据实证分析结果,海洋生态系统健康尚未出现拐点,沿海地区经济增长如果建立在对生态环境破坏的基础上,则势必会造成生物多样性的损害。因此从规范海域利用方式,完善海岸生态保护红线划定,加强生态系统的监测与管理,保持绿色可持续的...     

基于ESTDA模型的中国水生态足迹及水生态压力评价

基于水足迹视角,测度了中国31个省份2000-2018年的水生态足迹广度、深度及水生态压力,采用ESTDA框架对其时空动态特征进行分析。结果表明：①研究期内,中国水生态足迹总量呈波动上升态势;水生态承载力波动幅度较大,空间分布格局整体呈现自东南向西北逐渐较少的趋势。②水生态足迹广度与水生态承载力呈同步变化趋势,整体上已接近水资源可提供的流量资本上限,各省市水生态足迹深度差异较大。③研究期内,水生态压力指数小于1的区域与水生态足迹深度为1的区域相吻合,水生态压力指数大于1的区域主要分布在华北及西北地区。④LISA时间路径表明,水生态足迹广度、深度及水生态压力的整体空间格局均具有较强的稳定性;三者的局部空间结构在空间依赖方向上的稳定性依次加强;空间格局演化的空间整合性呈现水生态足迹深度 > 水生态压力 > 水生态足迹广度,空间上,水生态足迹广度正向协同增长省份主要集中于南方省份,而水生态足迹深度和水生态压力正向协同增长区则分布于华北、西北地区;各要素的空间分布格局表现出较强的路径依赖及锁定特征。     

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.     

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。     

辽河流域辽宁段水环境演变与流域经济发展的关系

以流域为单元进行社会经济发展与环境保护调控,是实现可持续发展的有效途径,因此以流域为单元开展社会经济发展与水环境变化相互作用的研究方兴未艾。运用多元线性回归分析,选取社会经济指标(第一产业生产总值、第二产业生产总值、年末总人口)为自变量,水质指标(化学需氧量、氨氮浓度)为因变量定量研究了2001—2010年辽河水环境演变与流域内社会经济发展之间的关系;并采用经济增长指标(人均GDP)、水环境指标(化学需氧量、氨氮浓度)作为模型中指标,进行了环境库兹涅茨曲线模拟与分析。根据研究结果推断:第二产业生产总值、人口是影响辽河水质化学需氧量浓度变化的社会经济重要因素,影响氨氮浓度变化的因素众多;辽河流域经济增长与水环境之间的关系曲线不完全符合典型的库兹涅茨曲线特征。随着经济快速增长,应在开展工业点源污染达标排放控制的同时,加强农业面源污染的治理力度。     

基于足迹家族的青海省资源环境压力定量评估

为了系统评估人类活动对环境的影响,基于足迹家族构建了资源环境压力评价体系,对青海省的生态足迹、碳足迹、水足迹及资源环境压力作了测评.结果表明: 1990—2013年,青海省人均生态足迹由1.32 hm²增为3.32 hm²,人均生物承载力由2.33 hm²降至2.07 hm²,2006年后出现生态赤字且不断增高,但1990年以来始终存在生物质盈余;人均碳足迹由5.82 t增至15.85 t,目前已超过应对气候变化目标的7.93倍;人均水足迹从967.67 m³降低到732.05 m³.1990年以来生态压力一直较低(Ⅰ_b),温室气体(GHG)排放压力由较低(Ⅰ_b)升高到中上(Ⅱ_b),水资源压力很低(Ⅰ_a),资源环境压力由很低(Ⅰ_a)升高为较低(Ⅰ_b).生态压力和水资源压力对资源环境压力的贡献率逐渐降低,GHG排放压力的影响明显增大.资源环境压力的空间差异较大,2013年西宁市很高(Ⅲ_b)、海东市中上(Ⅱ_b)、海西州中下(Ⅱ_a),其他各市州很低(Ⅰ_a),主要压力源也具有明显的空间异质性.今后发展中,各市州应采取差异化减压策略.