Evaluating Beijing’s human carrying capacity from the perspective of water resource constraints

As the demands on limited water resources intensify, concerns are being raised about the human carrying capacity of these resources. However, few researchers have studied the carrying capacity of regional water resources. Beijing, the second-largest city in China, faces a critical water shortage that will limit the city’s future development. We developed a method to quantify the carrying capacity of Beijing’s water resources by considering water-use structures based on the proportions of water used for agricultural, industrial, and domestic purposes. We defined a reference structure as 45:22:33 (% of total, respectively), an optimized structure as 40:20:40, and an ideal structure as 50:15:35. We also considered four domestic water quotas: 55, 75, 95, and 115 m 3 /(person·yr). The urban carrying capacity of 10–12 million was closest to Beijing’s actual 2003 population for all three water-use structures with urban domestic water use of 75 m 3 /(person·yr). However, after accounting for our underlying assumptions, the adjusted carrying capacity is closer to 5–6 million. Thus, Beijing’s population in 2003 was almost twice the adjusted carrying capacity. Based on this result, we discussed the ecological and environmental problems created by Beijing’s excessive population and propose measures to mitigate these problems.     

Optimization and evaluation of steel industry’s water-use system

In the steel industry, water is mainly used for cleaning and cooling. All these different tasks produce wastewaters that differ not only in quantity but also in quality. This study integrates all water-use processes into a system and applies substance flow analysis to build up an optimization model and an evaluation index system for the water-use network of a steel enterprise. Based on the index system, water-use status of large steel enterprises in China is evaluated and problems in the present water consumption are identified. A contrast analysis between present and optimized water-use is conducted, which then serves as the basis for the network optimization and countermeasure articulation. Finally, an analysis has been made on one of the most important and largest steel enterprise in China. The results indicate that after optimization fresh water consumption can be decreased by 11.1% and wastewater discharge can be decreased by 94.54%.     

北京市用水结构现状分析与对策研究

北京是严重缺水的特大城市,但同时由于行业用水结构不甚合理,造成水资源浪费严重。本文以１９９１年为报告期,采用直接用水系数、完全用水系数、用水乘数、重复用水率等指标对本市行业用水结构的现状和变化进行了全面的分析和讨论,提出了相应的对策与建议。为协调本水环境与经济发展的关系,制定合理的水资源利用体系,促进持续发展战略的实施提供依据。     

黄土高原砖窑沟试验区土壤资源与改良利用途径

本文以田间试验、定位观测和野外调查为依据，系统地研究了位于晋西北黄土丘陵区的砖窑沟试验区土壤资源特点及采用改良利用措施后的效果。结果表明，试验区土壤类型多，肥力低。低产原因主要是：土质过砂，有机质含量低，气候多灾，侵蚀严重，经济贫困。通过修建水平梯田，实施快速培肥技术；实行以有机肥与氮肥为主的优化施肥方案；蓄水保水，合理用水，提高水分生产效率等一系列措施，有效地提高了土壤肥力，改善了环境条件。根据科学试验和生产实践，提出了在该地区具有普遍意义的改土培肥途径。     

水资源利用系统脆弱性机理分析与评价方法研究

水资源系统脆弱性是当前水问题研究的热点问题,在综合脆弱性和脆弱性分层面两方面需深入研究。论文通过对水资源利用系统脆弱性形成过程的分析,从水资源自然禀赋、水资源开发利用程度和用水效率等方面,构建符合过程机理的水资源利用系统脆弱性模型,旨在对脆弱性分层面进行深入研究。针对当联系分量系数取值具有峰值较宽的分布特征时,可能导致基于三角模糊数的联系数存在较大误差的问题,进一步分析差异度系数取值的特征,以标准阈值为参数构造差异度系数的梯形模糊数,提出基于梯形模糊数联系数的评价方法,并应用于安徽省水资源利用系统脆弱性评价。应用结果表明,2001—2014年安徽省水资源利用系统脆弱性等级在3.611～2.493之间呈波动变化,2014年水资源利用系统脆弱性为轻脆弱,较2001年中度脆弱有明显改善;该方法避免了联系分量系数取值具有峰值较宽的分布特征时可能存在较大误差,能更准确地反映水资源利用系统脆弱性客观实际状况。     

基于水资源合理配置的河流“双总量”控制研究

河道的最小控制流量和最大纳污控制量( 简称“双总量”) 是维系河流健康的决定性因子。论 文初步建立了基于水资源合理配置的河流“双总量”控制研究技术框架, 并对唐山市月尺度的“双总 量”控制指标进行核算。通过水资源合理配置, 除个别枯水年份和连续枯水年份外, 唐山市河道的最 小控制流量均可得到满足。在基准年、2010 年和2020 年3 个规划水平年, 唐山市规划河流COD 的 最大纳污控制量分别为16 357.57、12 659.19 和11 572.50t /a; NH3- N 的最大纳污控制量分别为 907.80、660.27 和580.09t /a。在统一水资源配置平台上制定的“双总量”控制指标, 从根本上保障了 竞争用水条件下河流生态需水, 客观确立了规划水平年河道纳污能力的年内分配, 并整体上提高了 河流的最大纳污能力。     

基于水资源合理配置的河流“双总量”控制研究——以河北省唐山市为例

河道的最小控制流量和最大纳污控制量（简称“双总量”）是维系河流健康的决定性因子。论文初步建立了基于水资源合理配置的河流“双总量”控制研究技术框架,并对唐山市月尺度的“双总量”控制指标进行核算。通过水资源合理配置,除个别枯水年份和连续枯水年份外,唐山市河道的最小控制流量均可得到满足。在基准年、2010年和2020年3个规划水平年,唐山市规划河流COD的最大纳污控制量分别为16357．57、12659．19和11572．50t／a;NH3-N的最大纳污控制量分别为907．80、660．27和580．09t／a。在统一水资源配置平台上制定的“双总量”控制指标,从根本上保障了竞争用水条件下河流生态需水,客观确立了规划水平年河道纳污能力的年内分配,并整体上提高了河流的最大纳污能力。     

基于胡焕庸线波动的长江经济带水资源环境承载力动态演变特征

基于水资源生态足迹模型,对长江经济带2010—2018年131个地区水资源生态足迹与生态承载力进行研究,并用GIS可视化揭示和探讨长江经济带水资源时空特征。研究发现： （1）胡焕庸线假说在长江经济带区域成立;（2）长江经济带人均水资源生态盈余状况在胡焕庸线以西区域最好,胡焕庸线与胡焕庸亚线之间次之,胡焕庸亚线以东最差;（3）长江经济带胡焕庸线以西区域人均水资源承载力均值、水资源承载力均值在三个区域中最大;（4）长江经济带各地区历年万元GDP生态足迹呈减小趋势,水资源利用率逐年提高;（5）长江经济带历年平均水资源负载指数呈上升趋势,水资源压力逐年上升。研究结果有助于长江经济带水资源综合管理,为水资源的调控及使用提供量化依据。     

黄河济南段水资源特点与可持续利用对策

黄河济南段多年平均来水量359×10⁸m³,来水年际、年内变化大,最大年径流量是最小年径流量的21.8倍,且主要集中在汛期的7～10月份,占多年平均值的60.7%。近年来黄河济南段径流量逐年下降,断流日益加剧,1997年泺口站全年断流132天。与此同时,济南黄河水含沙量高,多年平均含沙量24.9kg/m³,且呈逐年上升之势。近年因上游来水量减小,用水量增加,水资源浪费严重,水质存在一定污染,引黄工程能力不足,水资源缺乏持续利用的调度和管理,极大地影响了济南黄河水的可持续利用。黄河济南段水资源可持续利用的主要对策有:以可持续发展战略为原则,统筹规划、统一管理、集中调度;充分发挥水利工程的枢纽作用,保证生态用水;地表水地下水联合运用;建立节水型生产体系和社会,提高水资源的有效利用率;合理调整水价,促进节水意识的增强和节水措施的落实;淤背加固黄河干堤,植树治沙防汛凌,实现黄河济南段区域可持续发展。     

山东省城市缺水模糊评价及对策

分析了山东省水资源特点,利用模糊数学中的多因子综合评判方法,采用Windows XP平台下Visual Basic6.0建立了水资源紧缺程度评价系统,综合评价了山东省17个地级城市的水资源紧缺程度及其原因,并提出了解决对策。结果表明17个地级城市都存在不同程度的缺水现象,而水污染是导致17个城市水资源短缺的主要因素之一。2000年到2005年属于严重缺水的城市数量由6个增加到12个,水资源短缺的形势呈逐年加剧趋势。     

Rural vulnerability to environmental change in the irrigated lowlands of Central Asia and options for policy-makers: A review

Climate change, land degradation and drought affect millions of people living in drylands worldwide. With its food security depending almost entirely on irrigated agriculture, Central Asia is one of the arid regions highly vulnerable to water scarcity. Previous research of land and water use in the region has focused on improving water-use efficiency, soil management and identifying technical, institutional and agricultural innovations. However, vulnerability to climate change has rarely been considered, in spite of the imminent risks due to a higher-than-average warming perspective and the predicted melting of glaciers, which will greatly affect the availability of irrigation water. Using the Khorezm region in the irrigated lowlands of northwest Uzbekistan as an example, we identify the local patterns of vulnerability to climate variability and extremes. We look at on-going environmental degradation, water-use inefficiency, and barriers to climate change adaptation and mitigation, and based on an extensive review of research evidence from the region, we present concrete examples of initiatives for building resilience and improving climate risk management. These include improving water use efficiency and changing the cropping patterns that have a high potential to decrease the exposure and sensitivity of rural communities to climate risks. In addition, changes in land use such as the afforestation of degraded croplands, and introducing resource-smart cultivation practices such as conservation agriculture, may strengthen the capacity of farmers and institutions to respond to climate challenges. As these can be out-scaled to similar environments, i.e. the irrigated cotton and wheat growing lowland regions in Central Asia and the Caucasus, these findings may be relevant for regions beyond the immediate geographic area from which it draws its examples.     

从水质水量相结合的角度评价黄河的水资源

论文建立了流域水资源数量与质量联合评价的方法,提出了水资源功能容量与水资源功能亏缺的概念。根据黄河流域1997～1999年间主要水文站点逐月的水质监测数据、水文数据及各取水口逐月的取水量数据,对黄河流域的水资源进行了水质水量综合评价。结果表明,1997、1998和1999年,黄河具备水资源功能的总水量分别为210.99×108m3、288.04×108m3和292.43×108m3,分别占总天然径流量的66.3％、65.6％和67.4％,从3年平均来看,黄河具备水资源功能的总水量只占实际需求水资源量的53％,其中,大约47％的水资源短缺是由水体污染所导致,剩余的53％是由水量短缺所导致。黄河的水资源功能容量和水资源功能亏缺均较大,且前者大于后者,说明在大部分情况下,黄河实际的水质要优于达到水资源功能所要求的水质。     

北京市灰水足迹评价

北京市属于重度资源型缺水地区,加上严重的水污染情况,使得水问题成为制约当地社会经济发展和生态安全的关键性因素。研究采用灰水足迹理念将北京市1995-2009年间不同部门产生的污染物以"稀释水"的形式进行量化。研究表明:①北京市2009年灰水足迹为49.5×10⁸ m³,约为北京当年水资源量的2.3倍;②生活部门的灰水足迹最大,农业部门次之,工业部门的灰水足迹最小;③北京市灰水足迹呈现逐年下降的趋势,农业、生活和工业部门的灰水足迹在1995-2009年间分别下降了45%、62%和93%;④虽然北京市灰水足迹逐年减小,水体水质却呈现逐年恶化的趋势,剩余灰水足迹(即灰水足迹与水资源的差值)累积值的增加,是北京市水质逐年恶化的直接原因。严格控制灰水足迹是实现水环境总体改善的重要途径。     

宁南山区水资源承载能力及移民规模研究

通过对宁南山区水资源开发利用模式的剖析,建立了农业发展模式,提出当地水资源承载能力和合理的搬迁人口规模。讨论了干旱区水资源承载能力的理论和方法,以2000年作为基准年对宁南山区的人口、粮食需求进行了分析预测,提出了当地的农业发展模式和相应的农业生产能力,最后根据GDP和粮食生产能力,给出了宁南山区的水资源承载能力将从现状的230×104人提高到2020年的400×104人,以县为单元累计的行政合理移民规模为不到50×104人,可使生态环境得到不断恢复和有效保护。     

从水质水量相结合的角度再论黄河的水资源

建立了流域水资源数量与质量联合评价的方法,发展了可利用水资源量的概念和计算方法,以及水资源功能容量和水资源功能亏缺的概念和计算方法,提出了水环境功能容量和功能亏缺的概念和计算方法.根据黄河流域1997—1999年间主要水文站点逐月的水质监测数据、水文数据及各取水口逐月的取水量数据,对黄河流域的水资源进行了水质水量综合评价.结果表明,在1997、1998和1999年,黄河可利用的水资源总量分别为2 5 5 3 9×10 8m3、3 43 41×10 8m3和3 5 5 44×10 8m3,分别占总天然径流量的80 2 % ,78 2 %和82 0 % .黄河水资源功能容量和亏缺在这3年间的平均值分别为42 3 5 0×10 8m3,78 97×10 8m3.对主要污染指标CODMn来说,黄河的水环境功能容量和功能亏缺在这3年间的平均值分别为2 95 71 5 4kg和199 70kg ;对主要污染指标NH+ 4 N来说,平均值分别为3 774 2 6kg和113 0 8kg .因此,与CODMn相比,NH+ 4 N对黄河可利用水资源总量的影响更大.水资源功能容量和水环境功能容量均分别显著大于水资源功能亏缺和水环境功能亏缺,说明在绝大部分情况下,黄河实际的水质要优于达到水资源功能所要求的水质     

Catastrophe theory to assess water security and adaptation strategy in the context of environmental change

Economic development, population growth, urbanization and climate change have led to an increasing water shortage across the globe. Ensuring water security under changing environment will be the greatest challenge for water resources managers in near future. In this paper, catastrophe theory based multi-criteria evaluation model has been proposed to assess water security under different management strategies to recommend the best water management strategy to achieve water security in the context of global environmental change. The assessment model involves future scenarios of climate change, population growth and economic development. Total 16 indicators related to climate, socio-economy and water availability and consumption have been proposed to measure water security under three management strategies viz. business-as-usual, water demand management and water supply management. The model has been applied to Yulin city of North West China to assess water security as well as to identify the water management strategy under changing environment. The results show that under business-as-usual situation the water shortage rate will reach up to 44 % by the year 2020 and up to 70 % by the year 2030 in Yulin. Water supply is required to increase by 41 % to meet the water demand under supply management strategy which is beyond the safe baseline rate. The study reveals that water demand management can reduce the gap between water supply and demand to a reasonable amount and therefore, can be considered as the most effective approach for adapting with environment change.     

耕地结构变化下水土资源匹配时空特征效应分析——以黑龙江省为例

基于耕地利用水资源的供需视角,在综合考虑耕地利用类型、作物种植结构、作物生长期等条件的基础上,结合黑龙江省的国家气象站数据,对耕地利用需水量与有效供水量从微观尺度上进行分析,并以此对1990—2018年内不同生长期耕地利用水土资源匹配的时空动态进行分析。结果表明：1990—2018年间黑龙江省耕地结构不断变化,旱改水现象在2010— 2018年间最为普遍;作物生育前期与中期需水量较多,后期需水量较少,需水量逐年上涨,与水田占比变化保持较为一致,并且空间上需水量高值地区偏移规律与同时段内的旱地水田化现象保持高度一致;1990—2018年间,作物各生育期水土资源匹配程度均先降后升,大部分的水土资源匹配高值地区分布在有效降水量的高值地区与旱地地区的交接地带,可见天然降水仍是满足耕地作物用水的主要来源;近年来三江平原南部地区水土资源匹配程度严重下降,粮食单产下滑,建议该部分地区减少旱改水工程量,同时,松嫩平原西部地区水土资源匹配水平与粮食单产逐年上升,可适当进行旱改水工程。     

海洋生物资源的开发利用

开发利用海洋生物资源,是海洋开发的一项重要内容,已受到世界各海洋国家的关注。 一、海洋生物资源 海洋生物资源指生活在海洋(包括河口)的所有生命有机体,其中包括微生物、低等和高等植物、无脊椎动物和脊椎动物。虽然目前人类还只利用海洋生物资源的一小部分(如渔业资源),但各种海洋生物彼此互相联系,是构成海洋生态系统不可分割的组成部分,因此应从生态系统的观点来研究海洋生物资源。     

东江流域水资源优化配置研究

该文建立了一个以东江流域水资源合理利用为目标,考虑防洪、供水、航运、压咸等约束,采用大系统“分解协调”原理,运用逐步宽容约束法及递阶分析法,通过三大水库与河道、区间径流联合调度,进行自流域至供水行业的多层次优化的水资源优化配置模型。在特枯水年来水情况下,对2020年水平年水资源进行优化调配,得出各个用水户两种不同初始条件下的配水结果。说明只有在三大水库初始蓄满的条件下,才能满足特枯年各个用水户2020水平年的需水要求。     

自然资源资产负债表编制设计及应用Ⅱ：应用

根据作者在《自然资源资产负债表编制设计及应用Ⅰ：设计》中提出的自然资源资产负债表设计方案,论文以湖北省十堰市竹溪县为例,采用统计、市场价格法、替代市场法、意愿评估法等分别编制实物量表和价值量表,在此基础上分析自然资源变化与区域经济发展之间的关系。主要结论如下：1）竹溪县林木和特色资源总量呈逐年上升趋势;水资源中工业用水量逐年减少,工业用水效率不断提高,居民生活用水基本保持不变,城镇公共环境和生态环境用水逐年增加,农业发展受降水等自然条件影响较大,今后应进一步发展现代农业,提高农业用水效率。另外,土地资源有不断向建筑用地转变的趋势,未来竹溪县政府应控制建筑用地面积在合理范围内。2）竹溪县自然资源价值处于一个相对稳定的状态。4种资源中,土地资源价值量最高。人为因素对林木资源价值的影响值均为正值,且绝对值不断增加,人为因素对水资源价值的影响值为负值。3）随着竹溪县GDP增加,自然资源总量保持相对稳定,且每年人为原因对自然资源总价值的影响都是正效应。