虚拟水的理论方法及在甘肃省的应用

水资源短缺问题是中国西北地区面临的突出问题,解决西北地区水资源短缺问题必须要有新的思路。虚拟水是水问题与水资源安全研究中的新概念,是指生产商品和服务所需要的水资源数量。虚拟水战略是指缺水国家或地区通过贸易的方式从富水国家或地区购买水密集型产品(尤其是粮食) 来获得本地水和粮食的安全,将水短缺问题的解决途径扩展到社会经济系统,人口—粮食—贸易之间的连接关系是虚拟水战略分析的主线。作者引入了虚拟水的概念,并简要介绍了当前国际研究的进展情况和计算方法。结合甘肃省的实际情况,初步计算得到2000年甘肃省生产产品中和城乡居民消费的产品中的虚拟水含量分别为222.02×108m3和183.75×108m3,分别是实体水资源利用量的1.8和1.5倍。分析了虚拟水战略的政策影响和虚拟水战略的优缺点,指出了在虚拟水理论与应用方面需要焏待开展的研究内容。     

城市水足迹计算与分析——以上海市为例

水足迹是基于消费基础的水资源利用情况的指示器.水足迹分析可定量反映城市人类活动对水资源系统产生的压力和程度,为城市水资源可持续规划与管理提供了新的思路和研究方向.本文以上海市为案例,计算了2005年上海市的水足迹,并分析了1999-2005年间上海水足迹动态变化过程.结果表明:2005年上海市总水足迹为243.04×108 m3,人均水足迹1 366 m3/cap/1,水匮乏度高达8.16;近7年间万元GDP水足迹逐年下降,但人均水足迹明显上升.这说明上海市水资源利用呈不可持续状态,今后需要注重提高水资源利用率,提倡节约型生产和消费模式以及实施虚拟水战略等来减少其水足迹,逐步实现城市水资源的可持续利用.     

城市水足迹计算与分析——以上海市为例

水足迹是基于消费基础的水资源利用情况的指示器.水足迹分析可定量反映城市人类活动对水资源系统产生的压力和程度,为城市水资源可持续规划与管理提供了新的思路和研究方向.本文以上海市为案例,计算了2005年上海市的水足迹,并分析了1999-2005年间上海水足迹动态变化过程.结果表明:2005年上海市总水足迹为243.04×108m3,人均水足迹1 366m3/cap/a,水匮乏度高达8.16;近7年间万元GDP水足迹逐年下降,但人均水足迹明显上升.这说明上海市水资源利用呈不可持续状态,今后需要注重提高水资源利用率,提倡节约型生产和消费模式以及实施虚拟水战略等来减少其水足迹,逐步实现城市水资源的可持续利用.     

疏勒河流域农业水土资源时空匹配特征分析

水土资源是农业生产最重要的基础性资源,其空间的合理有效配置有利于资源的充分利用和区域可持续发展。以疏勒河流域为研究对象,基于水足迹理论核算流域农业生产水足迹变化规律,采用基尼系数和空间错配模型定量评估研究区2000—2020年农业水土资源的时空匹配动态趋势及其敏感性。结果表明：（1）2000—2020年疏勒河流域农业作物生产水足迹和作物种植面积总体呈波动下降趋势,作物生产水足迹峰值出现在2007、2018年,作物种植面积峰值出现在2009、2018年;流域年均蓝水足迹贡献率达90.9%,且与绿水足迹呈互补关系,表明蓝水是疏勒河流域农业用水的主要来源。（2）农业水土资源的空间匹配程度逐渐提高,总体处于较匹配的状态;蓝、绿水足迹与作物种植面积的空间不匹配程度逐渐得到改善,空间分布中均呈现出中部高、四周低的特点。（3）作物种植面积对作物生产水足迹变化呈中、高度敏感性的地区数量不断增加趋势。     

以色列水足迹及其对我国西北干旱区的启示

水足迹作为一个综合的指标,揭示了一个国家或地区的总需水量,可以粗略地衡量人类消费对自然水环境的影响,为干旱缺水地区水资源合理开发利用、高效配置提供了一个新视角。本文分析了以色列1999年的人均水足迹、总水足迹及其组成,其总水足迹为8．58×10^8m^3m^3,是可更新水资源的4．77倍;人均水足迹为1391m^3／人／年,是人均水资源占有量的3．76倍,并探讨了以色列水足迹对我国西北干旱区的启示。     

新疆1999-2009年水足迹计算与分析

利用统计资料,结合水足迹模型和区域水足迹评价方法,对新疆1999-2009年的水足迹及相关指标进行了计算和分析。研究表明：（1）新疆1999-2004年总水足迹呈上升趋势,2004- 2009年略有下降趋势。水资源集约利用度呈增长趋势,说明新疆水资源利用效率有所提高;（2）新疆居民对粮食、肉类等虚拟水含量较大的农产品需求较大,适当减少虚拟水含量较高的产品消费,提倡虚拟水含量较低的产品消费,可减少虚拟水量的消耗;（3）新疆在虚拟水贸易中是水资源输出地,且输出量在不断增大,给新疆本地的水资源利用带来巨大的压力;（4）新疆水资源压力逐年增加,解决水资源短缺问题不能局限于本地实体水资源的高效利用,还可通过虚拟水贸易从水源丰富地区购买高耗水的本地发展所需的相关消费品,实现水资源总体可持续利用。改变消费模式,调整虚拟水战略结构成为缓解新疆水资源短缺的一种可能途径,由于数据限制,水足迹研究有待进一步细化,但是一种可用于探讨干旱区水资源可持续利用的方法。     

旅游地水足迹测度模型及实证分析

水足迹真实反映了一个地区人类生活消费对水资源的占用情况,正确利用旅游地水资源是促进旅游地可持续发展的重要前提。基于G?ssling旅游地水足迹概念模型,立足实体水和虚拟水相结合的视角,从旅游地住宿、餐饮、交通、娱乐、生态5个要素构建了旅游地水足迹测度模型,并对黄山风景区进行实证分析。结果表明:1 2002~2012年间,黄山风景区旅游地水足迹总量由551.15×104m3增加到909.40×104m3,水资源占用呈不断上升趋势。2餐饮、交通、住宿、生态子足迹在水足迹总量中所占比重分别约为59.86%、25.75%、12.07%、2.32%,水足迹总量变化趋势与餐饮水足迹变化趋势大体一致。3虚拟水是景区水足迹总量的主要构成部分,年均约占总量的85.47%,以餐饮、交通为主;实体水年均约占14.53%,以住宿、生态为主。4水资源压力总指数由2002年的0.62增加到2012年的1.02,实体水压力指数由0.53上升到0.87,旅游人数不断增长是黄山风景区水资源压力逐年增大的直接原因。     

吉林省西部玉米生产水足迹研究

玉米是吉林省西部的主要农作物,通过在吉林省西部开展玉米大田试验,探讨在相同的土壤及农田管理条件下,不同试验年份玉米生产需水及水分来源的变化规律,通过比较分析玉米生产水足迹的动态变化,实现水资源的合理利用,保护生态环境,促进农业的可持续发展。3 a大田试验的研究结果表明,玉米生产水足迹以绿水足迹为主,占80%以上,蓝水足迹不足1%,灰水足迹介于10%～20%之间。而在绿水足迹中,降水较充足的年份,有效降水足迹占70%以上,一般干旱年份有效降水足迹占一半,极端干旱年份有效降水足迹则只占30%,这将对土壤水分平衡带来不利影响。3a中,单位质量玉米蓝水量约0.005～0.006 m3/kg,占单位质量玉米需水量的比例低于1%;单位质量玉米绿水量为0.559～0.839 m3/kg,占单位质量玉米需水量的99%以上;单位质量玉米灰水量为0.099～0.122 m3/kg。通过对玉米生产水足迹的研究,明确了绿水在吉林省西部雨养农业粮食安全中的重要地位。     

中国能源-粮食生产对水资源竞争的关系——基于水足迹的视角

通过对水-能源-粮食系统的定量分析,能更好的探究三者之间的协同作用,对提高区域资源综合利用效率、促进区域可持续发展具有重要意义。本文基于水足迹视角探讨了1990—2017年中国31个地区能源-粮食生产对水资源的竞争关系,并借助ESTDA模型框架对其时空动态特征进行分析。结果表明：① 中国化石能源水足迹的时间演变特征可分为缓慢下降-快速上升-平稳下降3个阶段,其中化石能源灰水足迹平均占化石能源水足迹的70%以上;电力水足迹呈持续上升态势,其中电力蓝水足迹平均占电力水足迹的70%以上;粮食蓝水足迹上升幅度明显,平均占农业用水总量的70%以上。② 能源-粮食水足迹总量空间分布格局受区域资源禀赋差异影响较大。③ 时间序列上,中国能源-粮食生产对水资源竞争指数呈逐年上升态势;空间分布上,同时兼顾能源生产与粮食生产的黄河中下游区、东北地区为竞争指数高值集聚区,其余地区竞争指数相对较小。④ LISA时间路径分析显示,中国南方地区能源-粮食水资源竞争指数的空间格局的稳定性比北方更强;各地区在不同程度上均受局部结构的时空依赖效应影响;竞争指数空间格局变化具有较强的整合性且空间凝聚性较强。⑤ 能源-粮食生产对水资源的竞争在短期内难以得到有效缓解。     

基于MRIO的中国省区和产业灰水足迹测算及转移分析

水资源短缺与水资源污染已经严重影响到人类的生存与中国的可持续发展,分析各地区与各产业水资源污染情况是解决中国环境可持续发展的关键。论文在对传统灰水足迹研究的基础上,利用2002、2007和2012年多区域投入产出表,计算中国30个省份(因数据所限,未分析西藏、香港、澳门和台湾地区)和17个产业2002—2012年中间消费和最终消费灰水足迹,以及合并后的8大区域和17个产业的总灰水足迹转移。结果表明：① 山东、河南和河北等经济规模较大的地区灰水足迹一直处于相对较高的状态,青海、宁夏和海南等经济规模较小的地区灰水足迹一直处于相对较少的状态。② 农业是灰水足迹产生的最大部门,商业及运输业等4个产业部门灰水足迹较大,但其总和却远小于农业灰水足迹;其他制造业等5个产业部门灰水足迹一直相对较少。③ 灰水足迹净输入区域为京津区域、北部沿海区域、东部沿海区域和南部沿海区域;灰水足迹转移量最大的2条路径之和呈现先增加后减少的趋势,识别出的主要灰水足迹流出—流入关系区域为中部区域—东部沿海区域。④ 农业和采选业为灰水足迹净输出部门,大部分轻工业及第三产业为灰水足迹净输入部门;识别出的主要灰水足迹流出—流入关系部门包括农业—食品制造及烟草加工业、农业—纺织服务业、农业—化学工业。各地区和产业产生的灰水足迹以及区域和产业识别出的灰水足迹路径可为减少灰水产生提供理论依据,同时为地区和产业水资源合理利用提供理论支持。     

2006年山东省虚拟水分析

结合山东省的实际情况,运用FAO提供的农作物潜在蒸散计算方法,初步计算得到2006年山东省生产产品和居民消费的产品中的虚拟水含量分别为1 808.6×108m3和1 603.0×108m3,分别是实体水资源利用量的9.1和8.0倍。农作物产品虚拟水占45.5%,动物产品占30.4%,工业产品占22.8%,生活用水占1.4%;其中,粮食消费的虚拟水最大,占总虚拟水消费的18.5%,其次是蔬菜,占16.3%。从虚拟水贸易平衡来看,山东省对外净出口的虚拟水量为-205.6×108m3,而这一部分虚拟水主要是海水水产品和油料。尽管虚拟水战略提供了水资源的一种替代供应方式,但由于市场的不稳定性,也会给地区稳定和粮食安全带来一定的风险,同时,虚拟水的理论与应用也有待深入研究。     

青藏高原地区城乡虚拟水贸易格局与影响因素

青藏高原是亚洲水塔,其水资源与水生态环境保护意义重大。从虚拟水视角,研究青藏高原与外部的水资源贸易关系和影响因素,有助于理解该地区的水资源问题、制定虚拟水贸易策略、优化区域城乡水资源配置、保障亚洲水塔功能。依托2012年中国区域间投入产出表成果,本文测算了青藏高原与中国其他区域之间的虚拟水贸易关系,建立了中国区域城镇与农村地区的虚拟水贸易网络,采用对数平均迪氏指数模型分析了青藏高原对其他区域虚拟水贸易不平衡的影响因素。结果表明,青藏高原向中国其他区域净输出虚拟水2.25亿m³,其中向西南、华北、华中、华东、华南等5个区域净输出虚拟水,从西北和东北2个区域净输入虚拟水。城乡之间虚拟水贸易联系非常紧密,农村地区生产水足迹较高,而城镇地区由于人口密度较高、消费水平较高,是虚拟水最终消费的热点区域,青藏高原农村地区的虚拟水贸易量大于城镇地区的虚拟水贸易量。青藏高原贸易输出结构以农产品为主导,虚拟水净输出12.7亿m³;青藏高原与其他区域贸易存在逆差,贸易量因素导致虚拟水净输入8.6亿m³;用水效率在青藏高原与不同区域虚拟水贸易中的正负效应不一,总体带来青藏高原虚拟水净输入1.8亿m³。未来,应重点通过灌溉节水减少农业水足迹,引导城镇居民向低水足迹生活方式转变,鼓励内地为青藏高原提供物质与技术支援,实行水资源生态补偿政策,以保护青藏高原水资源,促进区域水资源可持续利用。     

基于投入产出表的中国水资源消耗结构路径分析

为了解各部门在生产链中水资源的具体消耗路径和在消耗路径中所发挥的作用以及维持生产链中水资源消耗的关键部门,论文基于2017年投入产出表和相关气象数据,在农业用水中加入绿水资源消耗量,利用投入产出模型和结构路径分析(structural path analysis, SPA)法分析中国42个部门水资源消耗的总量和结构,以及水资源在生产链中消耗的具体路径。结果表明：① 城镇居民消费和进口的水足迹最高,其次为农村居民消费,大多数水足迹较高的部门,都是以居民消费为主,进口水资源弥补了国内部分生产用水的消耗,但水资源短缺的形势仍然严峻;② 生产链前5个层级的水足迹消耗占比为95%左右,其中部门内部消耗占比最大,水足迹随层级数的增加而下降,水资源反馈循环程度较弱;③ 从部门生产链看,部门内部的水足迹占比最大,部门流入和流出水足迹差值较大,部门之间普遍存在单向依赖特征,关联网络不够稳定;④ 从最终消费角度看,农业部门内部水足迹占比最大,是生产链中重要的衔接结点,多样化的消费需求增加上游部门的水资源压力。研究为调整节水政策和提升水资源配置与管理能力提供了一定的理论基础。     

天津市水资源足迹趋势预测与动态调节

为解决区域水资源相对不足的问题,以天津市为例,从水足迹视角,根据其实际情况,综合运用自上而下和自下而上两种算法,从生产用水(第一产业、第二产业、第三产业)、生活用水、生态用水和污水排放等方面计算了2004—2009年水资源足迹情况,并运用精度较高的拟合函数对其未来几年水资源足迹量、人口数量分别进行了趋势预测,从而得到天津市人均水资源足迹处于下降趋势的结论,并针对这种趋势(2015年将降至617m3),建议从调整产业用水结构、转变虚拟水贸易策略、优化产品消费结构、提高三大产业污水排放达标率、建立水足迹定期监控和预警机制等方面进行动态调节。     

黄河流域水资源利用与经济增长脱钩及影响因素分解

水资源是黄河流域生态保护和高质量发展的最大刚性约束,识别流域水资源利用变化驱动因素具有重要意义。首先从结构视角测度黄河流域水足迹变化,进而基于Tapio脱钩模型与Kaya-LMDI分解模型,解析水足迹与经济增长脱钩状态,并从技术效应、结构效应、规模效应、禀赋效应、城市化效应和人口效应识别水资源利用变化驱动因素。研究发现：(1)黄河流域水足迹总体呈现上升趋势,农业水足迹占比高达85%,用水结构与产业结构倒挂问题突出。(2)黄河流域上下游水资源量与水足迹空间分布不匹配,中下游面临更严重水资源约束。(3)水足迹与经济增长关系主要表现为弱脱钩,但2015—2019年各省区开始向强脱钩转变。(4)规模效应、城市化效应和人口效应对水足迹变化起拉动作用,技术效应、结构效应和禀赋效应对水足迹变化起抑制作用,但仍有提升潜力,各省区影响因素存在一定差异。为此,需要强化水资源利用技术研发与推广,推动农业集约式发展,提升农业用水效率,进一步优化产业结构和新型城镇化建设,缓解水资源约束困境,推动黄河流域经济高质量发展。     

黄河流域水资源利用与经济增长脱钩及影响因素分解

水资源是黄河流域生态保护和高质量发展的最大刚性约束,识别流域水资源利用变化驱动因素具有重要意义。首先从结构视角测度黄河流域水足迹变化,进而基于Tapio脱钩模型与Kaya-LMDI分解模型,解析水足迹与经济增长脱钩状态,并从技术效应、结构效应、规模效应、禀赋效应、城市化效应和人口效应识别水资源利用变化驱动因素。研究发现：(1)黄河流域水足迹总体呈现上升趋势,农业水足迹占比高达85%,用水结构与产业结构倒挂问题突出。(2)黄河流域上下游水资源量与水足迹空间分布不匹配,中下游面临更严重水资源约束。(3)水足迹与经济增长关系主要表现为弱脱钩,但2015—2019年各省区开始向强脱钩转变。(4)规模效应、城市化效应和人口效应对水足迹变化起拉动作用,技术效应、结构效应和禀赋效应对水足迹变化起抑制作用,但仍有提升潜力,各省区影响因素存在一定差异。为此,需要强化水资源利用技术研发与推广,推动农业集约式发展,提升农业用水效率,进一步优化产业结构和新型城镇化建设,缓解水资源约束困境,推动黄河流域经济高质量发展。     

黑河流域2004-2010年水足迹和水资源承载力动态特征分析

 中国是水资源短缺国家,水资源时空分布不均,水资源已成为制约中国社会经济可持续发展的重要因素。利用生态足迹法构建了黑河流域农业用水、工业用水、城镇公共用水、生活用水和生态环境用水5个二级水资源账户,并利用水资源负载指数,研究了黑河流域2004—2010年水资源承载力、水足迹和水资源负载动态特征。结果表明,黑河流域水资源承载力从2004年的16.36 hm2增加至2010年的24.40 hm2;总水资源生态足迹从2004年的571.81 hm2减少至2010年的486.73 hm2;而水资源生态赤字从2004年的555.45 hm2下降至2010年的462.33 hm2;黑河流域水资源负载指数高,水资源开发潜力很小;黑河流域水资源承载力增加与降水量有密切关系。     

新疆2012年水足迹计算与分析

运用投入产出分析法计算并分析新疆2012年的水足迹,结果表明：新疆2012年总水足迹为292.52×10⁸m³,人均水足迹为1283.94m³。总水足迹中虚拟水消费量为279.68×10⁸m³,其中72.20%用于居民和政府消费,27.80%用于资本形成。水足迹自给率为80.56%,对内部水足迹依赖度较高;水资源经济效益值为25.66元·5m^-3,水足迹价值兑换比例为3.31,水资源经济效益值较低;水资源压力指数为0.68,60%以上的水资源压力来源于虚拟水流出。实现新疆水资源可持续利用可通过优化产业结构、调整居民虚拟水消费结构以降低水足迹,优化贸易结构以发挥虚拟水贸易对平衡水资源供需矛盾、提高水资源利用效率的调节功能。     

京津冀城市群虚拟水贸易的近远程分析

虚拟水贸易能重新分配区域间的水资源。在京津冀协同发展的背景下,厘清京津冀城市群与外部的虚拟水贸易及城市群内部的虚拟水流动,有助于深入理解该地区的水资源供需现状及问题,为制定虚拟水贸易相关策略、实现区域水资源优化配置、保障区域水资源安全提供决策支持。本文基于2010年全国区域间投入产出表,测算了京津冀城市群各省（市）水足迹及与全国各省域单元的虚拟水贸易量。从近远程视角定量评估城市群地区对内、外部水资源的依赖程度,并分析虚拟水贸易的距离特征。研究发现：① 京津冀城市群各省（市）各部门用水系数显现出差异性,农业部门用水强度最高,直接用水与完全用水系数分别超过300 m ³/万元和400 m ³/万元;② 京津冀城市群内部各省（市）人均消费水足迹差异大,北京、天津、河北的人均水足迹分别为405 m ³、565 m ³、191 m ³;③ 京津冀城市群的消费水足迹遍布全国各省域单元,近程水足迹与远程水足迹分别为91.4亿m ³、198.5亿m ³,其中,近程水足迹主要来源于本省（市）,西部地区对远程水足迹的贡献最大;④ 京津冀城市群的虚拟水输入总体偏向来源于距离较近的省域单元,北京、天津、河北水足迹距离来源地的平均距离分别为1049 km、1297 km、688 km;⑤ 北京和天津为虚拟水贸易的净流入区,对外部水资源的依赖性强;河北为虚拟水贸易的净流出区,为京津冀城市群及其他地区供给水资源,虚拟水净流出进一步加剧了河北的水资源短缺。未来,受人口增长、经济发展等因素影响,京津冀城市群的水资源压力将进一步加剧,提高用水效率、升级产业结构、提倡低水足迹消费模式、实行虚拟水战略是实现京津冀城市群可持续发展的有效途径。     

区域水资源可利用量研究

区域水资源可利用量问题是一个比较复杂的问题,常规计算方法不能满足区域的实际情况。本文在总结水资源可利用量概念和计算方法的基础上,考虑水权及水质定义了区域水资源可利用及有效水资源可利用量的概念,以郑州市为例,结合郑州市的实际情况,计算了郑州市各行政区域的水资源可利用量,计算结果表明,郑州市当地水资源可利用量7.22×108m3,当地水资源可利用量严重不足;考虑客水及跨流域调水,现状年水资源可利用量11.5×108m3,规划年水资源可利用量21.56×108m3,考虑客水利用和跨流域调水后,基本能满足当地水资源需求量;考虑水质污染,现状年有效水资源可利用量10.11×108m3,加强水污染治理依然是未来十分迫切的任务。