煤炭生产的水足迹评价研究

水足迹是水资源占用的综合评价指标,能够量化人类活动对水资源和水环境的影响,为水资源的高效利用与可持续管理提供科学参考.本文在WFN水足迹评价方法和国际标准水足迹评价方法的基础上,提出了基于生命周期的包含蓝水足迹、灰水足迹和间接水足迹的能源系统水足迹评价模型.将此模型应用到煤炭生产,计算了我国单位煤炭生产的水足迹.研究结果表明,我国1 GJ煤炭生产的水足迹为0.19 m~3,水足迹的80%来源于采掘过程,从水足迹类型来看,灰水足迹占到了87%的比例.本研究为能源系统水足迹评价提供了方法理论,并可为以煤炭为原料或燃料的下游产品水足迹评价提供数据支撑.     

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。     

典型海水淡化系统的水足迹评价

海水淡化是缓解我国水资源匮乏的有效方式之一。目前国内外主要关注海水淡化技术的成本和水质,缺乏对海水淡化水资源效益的量化评价。根据ISO水足迹理论,划定海水淡化量化边界,进行典型海水淡化工艺生产阶段清单分析,建立了海水淡化水足迹量化及评价方法。结果表明:低温多效蒸馏水稀缺足迹比反渗透水稀缺足迹高出3~4倍,2种工艺的海水淡化水稀缺足迹的关键影响因素均为电耗;反渗透工艺的水劣化足迹均低于低温多效蒸馏工艺海水淡化。因此,在样本范围内,反渗透工艺的水资源效益整体优于低温多效蒸馏工艺。水足迹评价研究结果揭示,海水淡化生产阶段的水资源消耗和水质影响,有助于引导海水淡化技术向提高水资源效益和降低能耗、消除水污染的方向发展,以期为海水资源科学开发利用提供技术支撑。     

中国水足迹结构解析及投入产出分析框架研究

在回顾水足迹理论和应用发展的基础上,以2009年数据对中国"蓝水"足迹和"灰水"进行了测算,结果显示中国"灰水"足迹总量远高于"蓝水"足迹,工农业水耗占到中国"蓝水"足迹的85%,而"灰水"足迹的88%由农业部门产生,面源污染将是未来水污染防治的首要目标。基于传统价值型投入产出表,构造了水足迹投入产出的"价值-实物"混合型投入产出表,定义了部门表观水足迹和实质水足迹等核心概念,将农业"绿水"足迹和产业部门"灰水"足迹纳入水足迹投入产出分析,并给出了表观水足迹强度矩阵、完全水足迹强度矩阵、部门实质水足迹分组矩阵等指标集的基本核算流程,该方法可有效体现产业部门的水资源消耗和水污染物排放关联,实现对全过程、结构性水资源和水环境管理的支持。     

产品生命周期可得性水足迹计算方法

水足迹方法试图量化评价人类活动对水资源可得性的影响,从而为水资源可持续利用提供科学的依据.水足迹的评价方法尚未统一,目前全球应用最为广泛的是WFN（water footprint network,水足迹协作网络）水足迹计算方法.基于LCA（life cycle assessment,生命周期评价）方法的基本框架,围绕水资源可得性的水量、水质和空间分布3个因素,在分析现有水足迹计算公式的基础上,指出了WFN水足迹计算方法的不足.根据国际水足迹标准（ISO 14046）的原则和要求,改进了WFN的水足迹计算公式,提出了产品生命周期WAF（water availability footprint,可得性水足迹）定义和评价方法,其中包括单元过程数据计算、背景过程数据处理和生命周期汇总.通过方法对比和案例研究得到:WAF方法统一了水消耗量与水污染量定义中的水质基准,可以明确区分水污染和水净化两类过程,还可以反映区域水资源稀缺程度的影响;采用WAF方法,在现有LCA数据库和软件的支持下可以更为规范地完成生命周期水足迹建模与计算但目前单元过程数据计算中各种污染物的基准浓度选取有不可避免的主观性,将直接影响到水足迹计算结果及其客观性,有待进一步研究.      

城市生态系统污染氮足迹与灰水足迹综合评价

水足迹和氮足迹指标的运用可定量分析人类水资源与氮元素消费对环境造成的影响,但联合双足迹指标评价城市发展对环境造成的多重负效应的研究尚缺.基于污染氮足迹及灰水足迹理论与内涵,以城市化程度较高的深圳市为例,分别对其城市污染氮足迹及灰水足迹进行核算与评价,综合评估城市快速发展导致的氮污染与水污染潜在风险的耦合关系.结果表明:2005—2015年深圳城市污染氮足迹呈波动下降趋势,年均约3万t.水体活性氮流失为主要的城市污染氮足迹来源.同时,深圳城市灰水足迹却呈波动上升趋势,年均约15亿m~3,生活灰水足迹为城市灰水足迹主要构成部分,也是城市剩余灰水足迹的主要来源.研究期间,城市污染氮足迹与灰水足迹呈协同变化趋势,但2012年后两者出现"脱耦"情况.城市污水处理能力与再生水利用率为影响未来深圳城市灰水足迹增加的主要因素,优先快速提高城市生活污水再生利用率和全面提高城市污水脱氮率,可应对城市发展过程水资源与氮元素利用带来的环境风险.     

基于河流参照状态的季风区域季节性农业灰水足迹核算方法与例证

灰水足迹核算对水资源管理具有重要意义.灰水足迹核算的两个重要参数污染物自然本底浓度和污染物入河系数在季风区域均存在明显的季节性差异,而在之前灰水足迹核算的研究中较少考虑季风区域灰水足迹可能存在的季节性差异.本文以河流总磷的参照状态作为其自然本底浓度核算了承德市农业灰水足迹.结果发现：相较于将总磷自然本底浓度值认为零,将总磷参照状态作为其自然本底浓度值的农业灰水足迹核算结果是其核算结果的1.29倍.农业灰水足迹呈现明显的季节性差异,雨季农业灰水足迹是旱季农业灰水足迹的10.65倍.在2003—2015年承德市农业灰水足迹构成中,种植业灰水足迹占较大比重,并且该比重随时间有增大的趋势.然而,承德市区县粮食产量的增长率与化肥的增长率未表现出显著关系,说明粮食产量的增幅与化肥施用的增幅无关.承德市农业灰水足迹相对较大的区县集中于承德北部区域,主要包括围场县、丰宁县和隆化县;农业灰水足迹相对较小的区县为营子区、双滦区、双桥区和宽城县.本文可阐明季风区域农业灰水足迹核算的季节性差异,以期促进灰水足迹核算方法的发展.     

基于神经网络模型的水质监测与评价系统

对水环境的监测与评价，可以掌握水质现状及其发展趋势，为水资源的开发利用和管理提供科学依据。水质评价是建立在水质监测基础之上的。首先结合我国水环境监测技术规范与标准，合理地选择监测项目与监测仪器，建立水质监测系统。然后在水质监测所获数据基础上，运用人工神经网络的理论和方法，通过BP网络不断的学习与训练，归纳出评价标准与评价结果间复杂的非线性关系，建立水质评价的BP神经网络模型系统。经实际应用表明，该系统具有很强的学习、联想和容错功能。为水质监测与评价提供了一条新的途径。     

基于生命周期评价的产品水足迹计算方法及案例分析

科学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前提。对比目前广泛应用的以虚拟水理论为基础的水足迹计算方法,详细介绍了基于生命周期评价(LCA)的产品水足迹计算方法,并以我国小麦生产为例进行实证研究。与虚拟水方法相比,LCA方法评价结果体现了水资源利用的环境影响,便于不同产品、不同生产阶段以及不同产地产品间水足迹的比较。实例研究表明:我国黄河、海河流域小麦水足迹平均为1 262 L H₂Oe·kg^-1,而长江流域仅为31 L H₂Oe·kg^-1;小麦生产对我国极度缺水的北方造成的压力远高于水资源较为丰富的南方地区。LCA方法能科学评价农产品生产对水资源的影响,为我国保障粮食安全和水资源可持续利用提供科学依据。     

基于水足迹强度的江苏省水资源利用效率分析

水足迹强度是可以量化水资源利用效率的指标,文章在计算江苏省水足迹的基础上,选取6项水足迹强度指标,分部门比较各地市水资源利用效率的差异,并基于ESDA研究水足迹强度的空间自相关性,构建空间集聚图。研究表明:2002~2014年江苏省各市水足迹总体呈现上升趋势,水资源压力增大;总体上苏南和苏北地区的农业水足迹强度都偏高,农业水资源利用效率低;苏南地区工业产值高但耗水量大,因此工业水足迹强度也偏高;苏北地区的灰水足迹强度偏高,水资源压力较大;江苏省水足迹强度具有不断增强的全局自相关性,地市出现集聚现象,不同地市的集聚分布也日益明显;大部分苏北地区属于高高集聚并且向外扩张,低低集聚主要分布在苏南地区。研究结果为政府部门分析地市间水资源利用效率差异,制定高效的水资源利用政策等提供依据。