（环境工程专业论文）鄂尔多斯市水生态足迹研究.pdf

原创性声明 | | | l f 川川i | 1 1 1 l i i i | | i | i l y 18 8 8 8 2 3 本人声明：所节交的学位论文是本人在导师的指导卜进行的研究i ：作及取得的研究成 果。除本文已经注明引_ j 的内容外，论文中1 i 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得凼蓥直太堂及其他教育机构的学何或证f5 而使州过的材料。与我一同i ：作的同 忠对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期： 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使川学位论文的规定，即：内蒙占人学有权将 学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部fj 送交学何论文的复印1 i ，| ：和磁盘，允 许编入有关数据库进行检索，也可以采川影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。 为保护学院和导师的知识产权，作者在学j j 问取得的研究成果属r 内蒙占人学。作者今后 使川涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙占人学就读期间导师的同意；若川 丁发表论文，版权单位必须署名为内蒙占人学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名： 盟 指导教师签名： 日 期：掣距亟亿 日 期： 蝉 塑! ! 161f 至 逍纽 谚塑 一基 孙 肌 签c ij y教 叵曰磋 弦一伽 内蒙古大学硕士学位论文摘要 鄂尔多斯市水生态足迹研究 摘要 水生态足迹可以真实地反映一个人、一个地区、一个国家对水资源的需求 和实际占用情况。本文根据鄂尔多斯市1 9 9 6 2 0 0 5 年的相关数据，以虚拟水为 基础，利用自上而下的方法分别从本地产品虚拟水消费量，生活利用实体水消 费量，生态环境用水量和产品虚拟水贸易消费量四个部分定量计算水生态足迹， 从时间动态、水资源总量与水资源承载力、产业布局与发展规模、城市化及生 态环境建设等方面分析了水生态足迹的变化规律，并结合本地产品结构的变化 规律对水生态足迹展开进一步的分析。 本文重点讨论了农产品虚拟水含量和虚拟水贸易进出口量的计算方法，对 工业产品虚拟水含量也进行了详细的计算分析。计算结果表明，鄂尔多斯市水 生态足迹基本呈现出先降低后上升的趋势，但在总体趋势上呈现上升的趋势， 由1 9 9 6 年的2 2 7 1 0 8 m 3 上升到2 0 0 5 年的2 5 8 1 0 8 m 3 ，上升了1 3 6 6 ，年均 增长率为1 3 7 。在水生态足迹的四个组成部分中，所占份额最大的是生态环境 需水量，在l o 年中的比例基本维持在8 0 以上，主要包括草地总需水量；其次 是本地产品虚拟水消费量，在1 0 年中的比例变化范围是3 7 ，主要包括以 奶类为主的畜产品；再次是产品虚拟水贸易量，在l o 年中的比例基本维持在5 ， 主要包括以粮食为主的农产品；最后是生活利用实体水消费量，一直维持在o 2 以下的比例状态，主要包括城镇居民生活用水量。 内蒙古大学硕士学位论文摘要 在进一步分析各因素对水生态足迹的影响中，随着鄂尔多斯市产业布局和 产业结构的调整，城市化率和森林覆盖率的增加，水生态足迹也都是逐年增加 的。各因素均在2 0 0 5 年时达到最大值，即三次产业的构成比例为6 8 ：5 2 5 ：4 0 7 ， 城市化率为3 2 6 4 ，森林覆盖率为1 6 2 9 ，此时水生态足迹为2 5 8 1 0 8 m 3 。 万元g d p 耗水量呈现逐年下降的趋势，每万元g d p 的水耗由1 9 9 6 年 3 5 4 2 4 6 0 m 3 ，下降到2 0 0 5 年的4 3 4 2 2 4 m 3 ，下降了8 7 7 4 ，反映出科学技术进 步对提高水资源利用效率的的巨大作用。 最后根据计算与分析结果提出一些建议，为水资源管理部门构建水资源战 略体系提供科学依据。 关键词：水生态足迹；水资源；虚拟水；鄂尔多斯市 t 髓伊汀e re c o l o g i c a lf o o t p r i n t a b s t r a c t w ，a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n tc a nb eat m er e f l e c t i o no fap e r s o n ，ar e g i o no ra c o u n t sr e a ln e e d sf o rw a t e rr e s o u r c e sa n dt h ea c t u a lo c c u p a n c y b a s e do nv i n u a l w a t e r ，t h ew a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n ti sd i v i d e di n t of o u rp a r t sq u a n t i t a t i v et e r m s a c c o r d i n gt ot h ed a t ao fe r d o sc i t y 仔o m19 9 6t o2 0 0 5 ，w ec a l c u l a t e dm ew a t e r e c o l o g i c a lf o o t p r i n to f 西et o p d o w nm e t h o d t h ef o u rp a r t sa r et h ev i r t u a lw a t e r c o n s u n l p t i o no fl o c a lp r o d u c t s ，t h ew a t e rc o n s u n l p t i o no f p e o p l e1 i v i n gi nt o 、v na n d c o u n t 】哪t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tw a t e rc o n s u i i l p t i o n ，t h et r a d ei nv i i t l 】a 1w a t e r p r o d u c t s 丐h e t e x ta n a l ) ，z e st h ew a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n t 舶mt h ed y i l a m i co f t i m e ， t h e a s p e c t so ft o t a lw a t e rr e s o u r c e sa n dw a t e rc a 吲n g c 印a c i t y ，i n d u s t r i a l l a y o u ta j l d s c a l eo fd e v e l o p m e n t ，u r b a n i z a t i o na 芏l d e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc o n s t m c t i o n a n d t h e n a n a l y z e st h ew a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n tw i t hc h a n g e so fm el o c a lp r o d u c t s t m c t u r ei nd e 印l y t h i sa r t i c l ef o c u s e so nc a l c u l a t i o no ft h ec r o pv i r t u a lw a t e rc o n t e n ta n d v i n u a l w a t e rt r a d e ，a l s ot h ev i r 吣a lw a t e rc o n t e n to f i n d u s t r i a lp r o d u c t sh a v eb e e nc a l c u l a t e d i nd e t a i l t h er e s u l t sf o rt h ew a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n to fe r d o sc i t ya r eb a s i c a l l y i 璺堕丛塑塑堕堕一丝璺些塑 s h o w i n gar i s i n gt r e n da r e rt h ef i r s tr e d u c t i o n t h ew a t e re c 0 1 0 9 i c a lf o o t p r i n th 懿 s h o w na 1 1o v e r a n r i s i n gt r e n dm o s t ，f 幻m2 2 7 10 8 m 3t o2 5 8 10 8 m 3w i t ht h e a v e r a g ea i u l u a l i n c r e a s er a t eo f1 3 7 ，a ni n c r e a s eo f13 6 6 i nt h ef o u rp a r t so ft h e w a t e re c o l o g i c a l f o o t p r i n t ，t h eh i g h e s tc o n t r i b u t i o ni sm ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t w a t e rc o n s u m p t i o n ，o fw h i c ht h em a i n p a r t i s g r a s s l a n dw a t e rd e m a n d t h e p r o p o r t i o ni sm o s to f8 0 i nw a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n t t h e n ，t h eh i g h e rc o n t r i b u t i o n i st h ev i n u a lw a t e rc o n s u m p t i o no fl o c a l p r o d u c t s ，o fw h i c ht h em 句o rp a r ti st h em i l k o ft h ea n i m a lp r o d u c t s t h ep r o p o r t i o ni s 舶m3 t o7 i nw a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n t b e s i d e s ，t h eh i g hc o n t r i b u t i o ni st h et r a d ei nv i r t u a lw a t e rp r o d u c t s ，o fw h i c ht h e m a i np a r ti st h ef o o d b a s e da g d c u l t u r a lp r o ( 1 u c t s t h ep r o p o r t i o ni s 5 i nw a t e r e c o l o 百c a lf o o t p r i n t t h e1 a s ti st h ew a t e rc o n s u m p t i o no f p e o p l el i v i n gi nt o w na n d c o u n t o fw h i c ht h em 句o rp a r ti st h ew a t e ru s eo fp e o p l el i v i n gi nc o u n t t h e p r o p o r t i o ni sb e l o wo 2 i nw a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n t i n 如r t h e ra n a l y s i so ft h ei m p a c to ft h ew a t e re c o l o g i c a l f o o t p r i n t ，w i t ht h e a d j u s t m e n ti ni n d u s t a ls t r u c t l l r ea n di n d u s t r i a ld i s t d b u t i o na sw e l la st h ei n 6 r e a s ei n f o r e s tc o v e r a g ea n d u r b a n i z a t i o n ，t h ew a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n ta r ea l s og r o w i n gy e a r b yy e a r t h ew a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n ta c h i e v em a x i m u mi n 2 0 0 5 ，w h e nt h e c o n s t i t u t ep r o p o r t i o no ft h r e ei n d u s t r i e si s6 8 ： 5 2 5 ：4 0 7 ，t 1 1 ef o r e s tc o v e r a g ei s 16 2 9 a n dt h eu r b a n i z a t i o ni s 3 2 6 4 a tt h i s m o m e n t ，t h ew a t e re c o l o g i c a l f o o t p r i n ti s2 58 10 8 m 3 w i t hd e c r e a s e do ft h ew a t e rc o n s u m p t i o no f p e 卜u n i tg d p y e a rb yy e a r ，舶m3 5 4 2 4 6 0 m 3t o4 3 4 2 2 4 m 3w i t had e c r e a s eo f8 7 7 4 i ti ss u g g e s t t h a tt h ep r o g r e s so fs c i e n c ea n dt e c l u l o l o g yp l a yah u g er o l ei ni m p r o v i n gt h e ，一 一 e n l c l e n c vo tw a t e ru s e f i n a l l y ，w ec o m eu pw i t ht h er e f e r e n t i a ls u g g e s t i o n su n d e rt h ec a l c u l a t i o na n d a n a l y s i sr e s u l t so fw a t e re c o l o g i c a lf o o 印r i n t t h et e x ti st op r o v i d et h es c i e n t i f i c p r o o f f o rs t r a t e g i cs y s t e mo fw a t e rr e s o u r c e sm a n a g e m e n t d 印a n i i l e n ti ne r d o sc i t y k e y w o i s ：w a t e re c o l o g i c a lf o o t p r i n t ；w a t e rr e s o u r c e ；v i r m a lw a t e r ；e r d o sc i t y v 内蒙古太学硕士学位论文目录 目录 第一章引言l 1 1 研究的背景和目的意义l 1 1 1 研究背景l 1 1 2 研究的目的意义l 1 2 国内外研究现状综述2 1 2 1 国外研究现状2 1 2 2 国内研究现状3 1 3 研究内容与方法5 1 3 1 研究内容5 1 3 2 研究方法6 1 3 3 技术路线氘6 第二章鄂尔多斯市水生态足迹的计算方法与具体步骤8 2 1 本地产品虚拟水消费量的计算方法与步骤8 2 1 1 农产品虚拟水含量的计算方法和步骤8 2 1 2 畜产品虚拟水含量的计算方法和步骤1 2 2 1 2 1 活动物虚拟水含量的计算1 3 2 1 2 2 动物产品中虚拟水含量的计算1 4 2 1 3 工业品虚拟水含量的计算方法和步骤15 2 2 生活利用实体水消费量的计算方法与步骤1 5 2 3 生态环境用水量的计算方法与步骤1 6 2 4 净进口虚拟水消费量的计算方法与步骤1 6 2 5 本章小结1 7 第三章鄂尔多斯市水生态足迹实证研究1 8 3 1 主要数据来源1 8 3 2 研究区概况18 3 3 本地产品虚拟水消费量1 9 3 3 1 农产品虚拟水含量19 3 3 2 畜产品虚拟水含量2 7 3 3 3 工业品虚拟水含量2 8 3 3 4 本地产品虚拟水消费量产品结构分析与趋势变化图。3 l 3 4 生活利用实体水消费量31 3 5 生态环境用水量3 3 3 6 净进口虚拟水消费量。3 6 3 。7 水生态足迹计算4 1 3 8 本章小结4 1 第四章鄂尔多斯市水生态足迹结果分析4 3 4 1 水生态足迹的时间动态分析4 3 4 2 水生态足迹与水资源总量的动态特征及其盈亏关系4 5 v i 内蒙古土学硕士学位论文目录 4 2 1 水资源总量4 5 4 2 2 水资源承载能力4 5 4 3 产业布局与发展规模、城市化及生态环境建设对区域水生态足迹和水资源承载力的影 响分析4 7 4 3 1 区域经济发展过程中水资源利用的经济效益分析4 7 4 3 2 鄂尔多斯市产业结构变化的水生态足迹分析4 8 4 3 3 鄂尔多斯市产品结构变化的水生态足迹分析4 9 4 3 4 鄂尔多斯市城市化进程中的水生态足迹分析5 0 4 3 5 鄂尔多斯市生态环境建设分析5l 4 4 本章小结5 2 第五章讨论、结论与建议。5 4 5 1 讨论! ；4 5 1 1 创新性与局限性5 4 5 1 2 与部分省市水生态足迹对比5 4 5 2 结论5 5 5 3 建议5 6 5 3 1 调整产业及产品结构5 7 5 3 2 减少水资源压力，实行水循环经济5 7 5 3 3 加大科技投入，提高水资源利用率5 7 参考文献5 8 j 改谢6 ：； v i l 内蒙古大学硕士学位论文第一章引言 1 1 1 研究背景 第一章引言弟一早ji 百 1 1 研究的背景和目的意义 水资源是构成自然生态环境的基本要素之一，也是人类生存与发展不可替代的重要物质 基础。随着人类社会的进步与发展，人口的增加、经济发展速度的加快和生态环境建设规模 的扩大，水资源的需求量必然持续增加，水资源供需矛盾将更加突出。目前，水资源问题与 人口、环境、能源问题一起成为人类社会发展的四大危机问题。因此，如何维持水资源的可 持续利用是区域可持续发展需要解决的一个重要战略问题。 地球上水资源的分布极不均衡，尤其在我国，水资源分布不仅在空间上呈现出明显的不 均衡性，而且还表现出较大幅度的年际波动和季节变化。同时，我国水资源的分布与区域产 业结构以及人口分布格局也表现出较大的不匹配性，这就使得我国不少地区和城市水资源供 求差距日渐增大，并且相继出现数量型缺水、水质型缺水和工程型缺水等区域性缺水问题。 当前，水资源短缺已经成为制约国家、地区和城市经济可持续发展和生态良性循环的“瓶颈”。 如果说2 0 世纪是石油的世纪，那么，2 l 世纪世界争端的焦点，正在向水资源移位。因此， 寻求在全球范围内合理有效地利用水资源，已经成为水资源研究专家、水管理部门决策者和 社会公众共同关注的重大环境问题。 1 1 2 研究的目的意义 水资源是人类社会生存与发展最基础的物质资源之一，水资源问题长期以来都是全世界 普遍关注的问题，它不仅影响、制约着经济、社会的可持续发展，而且必将成为2 l 世纪全球 资源环境领域关注的首要问题。为了更加合理、高效地开发、利用水资源，有必要强调区域 间的水资源优化配置。以生态足迹和虚拟水理论为基础的水生态足迹科学概念的提出，为水 资源配置方式的根本转变提供了一个全新的思路和解决水资源问题的有效途径。 因此，采用水生态足迹方法来衡量区域之间和区域内的水资源利用状况具有十分重要的 理论和现实意义。 内蒙古大学硕士学位论文第一章引言 ( 1 ) 理论意义：水生态足迹可以真实地反映一个人、一个地区、一个国家对水资源的真实 需求和实际占用情况。其中的虚拟水理论更是将实物形态的水与虚拟形态的水联系起来，拓 宽了传统水资源概念的外延和内涵。衡量水生态足迹能客观地反映人类对水资源系统压力的 大小，为科学合理地利用有限的水资源提供决策依据。在不降低人类福利的同时，充分调动 各种社会资源，改善水资源利用模式，实现水资源的可持续利用。 ( 2 ) 现实意义：水资源是构成生态环境的基本要素，也是人类生存与发展不可替代的重要 资源。由于自然和人为因素的影响，水资源危机日趋严重，已经成为当今许多国家和地区经 济社会可持续发展的瓶颈。内蒙古自治区地处我国温带干旱、半干旱区，降水量少，蒸发强 烈，水资源短缺已经成为区域经济发展和社会进步的重要制约因素，也是导致我国北方生态 环境恶化的主要原因之一。随着国家能源、重化工战略的实施，区域经济的快速发展，人口 的不断增长和城市化进程的加快以及生态环境建设规模的进一步扩大，需水量必然持续增加， 缺水矛盾将更加突出。解决水资源紧缺问题不仅需要提高水资源利用效率，而且需要在水资 源管理制度方面进行创新与完善。因此，如何客观地衡量人类对水资源系统的影响，就成为 亟待研究的科学命题。 本论文拟通过实地调研和数据搜集，对位于我国北方内蒙古自治区西南部的鄂尔多斯市 进行水生态足迹计算，以一种崭新的思路分析鄂尔多斯市水资源现阶段的用水结构、水资源 利用效率、水资源时空变化规律以及水资源利用的可持续程度。从而为水资源管理部门构建 水资源战略体系提供量化依据。 1 2 1 国外研究现状 1 2 国内外研究现状综述 自从2 0 世纪9 0 年代加拿大生态经济学家w i l l i 锄r e e s 和他的博士生m a t l l i sw a c k e n l a g e l 提出用于生态足迹的科学概念，定量研究国家和区域可持续发展的理论与方法以来，由于生 态足迹概念比较具体、形象，其计算方法简便易行，因此，在许多国家和地区的可持续发展 研究中得到了广泛的应用。在生态足迹的计算中，将生产人们消耗的资源以及吸收人们生产、 生活过程中产生的废弃物所需的生态生产性土地分为耕地、草场、林地、建筑用地、化石能 源用地和水域等6 种类型，其中水生态足迹是其中非常重要和敏感的类型。特别是在全球广 袤的干旱、半干旱区，水资源的数量常常成为制约工农业生产发展和人民生活水平提升的限 制因素。水生态足迹测度了人类生存所必需的真实水资源的生态生产性土地面积，并将其与 2 内蒙古大学硕士学位论文第一章引言 此区域范围内所能提供的水资源的生态生产性土地面积进行比较，就能为判断一个区域的水 资源生产消费活动是否处于当地水资源的生态承载能力范围内提供定量的依据。 目前，从生态足迹的视角来评价水资源消耗主要有如下三种途径：其一为水资源生态足 迹( w a t e rr e s o 瑚c 豁e c o l o 百c a lf o o t p r i n t ) ，即将一个区域的水资源总量平均分布在该区域上， 再将人类生产、生活过程中所消耗的水资源折算成水资源用地面积【3 2 1 ，与生态足迹模型最为 接近。其二为水足迹( w a t e rf 0 0 t p 血t ) ，即在虚拟水基础上将水资源相关消耗折算为水资源 量( m 3 ) 。其三是水生态足迹( w a t e re c o l o 百c a lf o o t p n n t ) ，即将水资源相关消耗折算成水域 面积( 1 m 2 ) 。三种途径基本思路一致，但计算方法和表达方式不同。 当前水生态足迹的研究大部分基于产品虚拟水理论( n u a lw 乱e rt h e o n r ) ，h o e k s 仃a 以 虚拟水为基础【3 ，4 】，将水生态足迹定义为任何已知人口在一定时间内消费的所有产品和服务所 需要的水资源数量，并将水资源纳入计算。虚拟水概念结合了农业科学和经济学的思想，强 调了水是农业生产乃至整个国家或区域经济社会发展的关键因素。虚拟水概念最早由a l l 锄 教授予1 9 9 3 年提出，是指体现在国际粮食作物贸易中的水，因为做为商品的粮食生产需要消 耗大量的水资源，粮食贸易的背后隐含着看不见的水资源交易【4 3 4 7 1 ，这一部分水被称为虚拟 水( v i r n j a l 、7 v r a t e r ) 。 荷兰国际水文与环境工程研究所的测算表明：在1 9 9 5 1 9 9 9 年，全球国家间的虚拟水贸 易量约为1 0 4 0 0 1 0 8 m 3 ，其中，6 0 体现在农作物产品的贸易中，2 3 体现在动物和动物产 品的贸易中，仅有l o 体现在工业产品的贸易中【2 2 之8 1 。由于工业产品中的虚拟水含量相对农 产品而言数量较少，而且与其复杂的生产工艺流程密切相关，计算过程非常繁杂，因而在实 际研究过程中，大多采用忽略不计或通过调查进行估算的方法。从国内外研究现状来看，农 作物产品的虚拟水和动物产品的虚拟水计算是当前虚拟水计算研究的最主要部分，也是水生 态足迹衡量的关键。 1 2 2 国内研究现状 水生态足迹的研究在我国还很少，相关研究也刚刚起步。对于水生态足迹的理论基础一 一虚拟水理论，最早是由中国科学院寒区、旱区环境与工程研究所的程国栋【6 1 院士率先引入 到国内的。 龙爱华等人在缺水较为严重的西北地区运用虚拟水理论方法进行了理论研究和实证分析 【1 4 - 1 7 1 。在此基础上，以甘肃省为例，运用产品虚拟水研究方法核算并从消费模式的角度分析 了1 9 8 9 2 0 0 3 年的水资源足迹及其变化【1 引。吴志峰、胡永红等学者应用生态足迹理论与方法， 3 内蒙古大学硬士学位论文 第一章引言 采用水资源与水产品消耗统计数据，对广州市1 9 4 9 。1 9 9 8 年水生足迹变化进行了时间序列建 模分析【3 4 ，3 7 1 ；周文华等以“水 为要素评价了城市水资源利用的可持续性，并以水资源短缺 的北京市为案例城市进行剖析，探讨了城市水生态足迹的内涵和4 种典型城市水生态足迹的 发展轨迹，提出了基于城市生态需水量的水生态足迹的核算方法【3 9 1 。邓晓军、谢世友等学者 通过对重庆市2 0 0 4 年的水足迹进行计算，分析了产生高水足迹的原因，并探讨了水足迹对重 庆市水资源管理的启示和战略意义1 3 朗。黄胜晔、王腊春以南京市为例开展了水资源生态足迹 模型的实证研究，计算了2 0 0 3 2 0 0 7 年南京市水资源足迹和水资源承载力，通过实证研究表 明模型结果可以在一定程度上衡量生产消费对水资源的影响【2 l 】。 在进行干旱区生态足迹计算时，考虑到淡水是一种举足轻重的生态资源，所以，范晓秋 等【4 1 4 2 】在分析水资源特点和生态足迹模型后，在w 洳a g e l 的生态足迹模型中设立了第七帐 户水资源帐户，并将水生态足迹纳入到生态足迹模型中，进一步完善了w a c k 锄a g e l 的 生态足迹模型。在此基础上以江苏省为例，计算并分析了1 9 9 8 2 0 0 3 年的水资源生态足迹、 水资源承载力以及水资源生态赤字。洪辉【删把淡水消费( 包括生活用水、生产用水、农业用 水、其它用水) 和水污染消费( 包括废水污染稀释用水、酸雨污染稀释用水) 作为一种消费 种类纳入计算中，使水生态足迹分析更加合理、全面。 目前虚拟水量化的研究主要集中在对农作物产品的虚拟水【1 2 ，1 3 ，2 0 ，3 1 】和动物产品1 1 虚拟 水的计算方面【8 l ，一方面由于农业是世界上最大的水资源利用部门，各种农产品中实际上蕴 涵、“寄存 了大量的水资源。另一方面，工业产品【1 0 】虚拟水含量计算过程非常复杂，实际 消耗的水资源数量一般在区域、地区尺度通常较小而常常予以忽略。但在发展中国家和地区， 随着人口的快速增加和工业化、城市化进程的快速推进，城市地区和工矿企业的消耗水量也 呈现出逐年递增的趋势，并对区域水资源可持续利用构成威胁。虚拟水量的具体计算步骤因 不同研究者而有不同的分析方法。c h a p a g a i n t 和h o e k s t r a 采用生产树方法分级计算虚拟水量。 而z i m m e r 和r e i l a u l t 则采用基于对不同产品类型进行区分的计算方法估算虚拟水量。 当前，准确量化虚拟水一般采用两种方法：第一种方法是从生产者的角度，将产品虚拟 水含量定义为实际生产单位产品所耗费的水量。这种方法虚拟水的数量受作物生产的时间、 地点和水资源利用效率等区域自然地理条件和生产条件的影响。例如，在气候适宜条件下， 生产l k g 的谷物需要1 2 m 3 的水，而在高温、干旱等不利气候条件( 如高温、高蒸散量的国家 或地区) ，生产1 蚝谷物需要3 0 0 0k g 左右的水；第二种方法从使用者的角度，将虚拟水定义为 在产品消费地生产这种产品所需消耗的实际水量。 一般计算水生态足迹的方法【7 】主要有2 种：一种是自上而下的方法，在经济全球化浪潮 4 内蒙古大学硕士学位论文第一章引言 中，由于贸易的影响，一个国家或者地区所消费的商品并不都是由该国家或该地区所生产， 可能有很大部分是从其它国家或地区购买的，本国或本地区的产品也有可能销往国外或其 它地区。在这种情况下，水生态足迹就等于总的区域内水资源利用量加上流入该区域的虚拟 水流量，再减去流出该区域的虚拟水流量。由虚拟水贸易而引发的虚拟水战略，是指贫水国 家或地区可以通过贸易的方式从富水国家或地区购买水资源密集型农产品( 尤其是粮食) 来 获得水资源保障和粮食生产安全。如果将水密集型产品出口到其它的国家或地区，实际上就 是以虚拟水的形式出口了水资源。虚拟水贸易f 1 ，2 ，5 】为水资源短缺或贫乏的国家和地区缓解缺 水问题提供了一种可行的途径。另一种方法是采用自下而上的方法，它是将一个国家或地区 居民所消费的商品、服务数量与各自的单位产品虚拟水含量相乘求和得到。这两种方法各有 特色。无论采用哪种方法，国内或区域内用水量数据的收集、整理和单位产品或服务虚拟水 含量的计算、分析都是开展国家或区域水生态足迹研究、评估的关键。 综上所述可见：目前国内水生态足迹的研究主要是通过借鉴于国外的相关研究成果，其 定量研究主要局限在对农产品和畜产品虚拟水含量的计算，对于工业产品虚拟水含量和城市 生活用水的研究几乎还是空白。 1 3 1 研究内容 1 3 研究内容与方法 本文针对我国区域水资源严重短缺，供需矛盾突出的现状，在借鉴国内外研究成果的基 础上，从虚拟水的角度出发，在内蒙古自治区首次运用水生态足迹和虚拟水的概念与分析方 法，选择经济快速发展的鄂尔多斯市为研究对象，从人类对水资源及水资源所提供的产品和 服务入手，通过对比分析该市“九五 和“十五 期间水生态足迹的动态特征和空间分布特 点，对鄂尔多斯市水资源利用状况进行了初步的探索和研究【5 5 ，6 3 朋】，更加真实地反映人类活 动对该市水资源系统的作用程度，并探讨区域经济发展规模、产业结构与布局、城市化水平 和生态环境建设规模对水生态足迹的影响和水资源系统的压力，为改善水资源利用模式，促 进产业布局优化和产业结构调整，实现区域水资源的可持续利用提供科学依据。主要研究内 容包括： ( 1 ) 水生态足迹的时间动态分析； ( 2 ) 水生态足迹与水资源总量的动态特征及其盈亏关系； ( 3 ) 产业布局与发展规模、城市化进程及生态环境建设对区域水生态足迹和水资源承载 5 内蒙古太学硕士学位论文第一章引言 力的影响分析。 1 3 2 研究方法 此次论文采用自上而下的方法来计算鄂尔多斯市水生态足迹，计算公式为： w f = w u + n v w i = p v w + r w + e n v + n y w i 式中，胛一个国家或地区的水生态足迹；聊国内用水量； ，刖本地产品虚拟水消费；胄生活利用实体水消费； e 卜生态环境用水量；n 玎净进口虚拟水消费量。 1 3 3 技术路线 本论文研究采用的技术路线见图1 1 ： 6 图1 1 技术路线示意图 f i g 1 1t h ei u s t r a t i o no ft e c h n o i o g yr o u t e 7 内蒙古大学硕士学位论文第二章鄂尔多斯市水生态足迹的计算方法与具体步骤 第二章鄂尔多斯市水生态足迹的计算方法与具体步骤 此次论文采用自上而下的方法来计算鄂尔多斯市水生态足迹，计算公式： 胛= 唧+ y 阿7 = p 哪+ r + 剧y + y 陟7( 2 1 ) 式中，肝一个国家或地区的水生态足迹；唧国内用水量； p 唧本地产品虚拟水消费；足生活利用实体水消费； 删卜生态环境用水量；所玎净进口虚拟水消费量。 下面详细介绍其中涉及到的主要计算部分。 2 1 本地产品虚拟水消费量的计算方法与步骤 对于一个研究区域，一般产品的虚拟水含量【挣】计算主要包括三个部分，即农产品、畜产 品和工业产品的虚拟水含量。其计算步骤与方法如下： 2 1 1 农产品虚拟水含量的计算方法和步骤 目前，国际上农作物产品虚拟水含量的计算方法主要有两种：一种是c h a p a g a i n 和 h o e k s 廿a 提出的基于不同产品生产树的方法；另一种是z i m m e r 和r e n a u l t 基于对不同产品类 型区分的计算方法。农作物产品虚拟水含量的具体计算过程，依据不同的产品分类而各有差 异。z i n h n e r 和r e n a u l t 等将农作物产品类型分为初级产品、加工产品、副产品和非耗水产品 四种主要类型。 初级产品的虚拟水计算，首先采用参考作物需水( 五) 乘上作物系数的调整得到作物需 水，然后通过单位作物需水除以作物产量得到单位初级产品的虚拟水含量。加工产品的虚拟 水含量取决于加工过程中初级产品的投入比例，通常按照初级产品投入重量比例加权得到， 同时还要考虑加工转化效率。如果涉及到与其它农作物产品一起加工处理时，就需要采用价 值构成比例或产品重量比例因子的方法来进行虚拟水含量的分配计算。副产品的虚拟水可以 采用所有副产品重量比例、副产品价值量比例或营养均衡规律等不同方法进行计算分配。非 耗水产品通常采用营养均衡规律进行计算。农作物产品生产需要的水资源主要取决于农作物 的类型、生长区域的自然地理条件、灌溉条件和管理制度等。一般来说，根据联合国粮农组 8 内蒙古大学硕士学位论文第二章鄂尔多斯市水生态足迹的计算方法与具体步骤 织( f a o ) 提供的作物需水量和作物产量的资料，来计算不同国家每种作物的虚拟水含量。 计算某种作物虚拟水的步骤如图2 1 ： 图2 1 农作物虚拟水计算流程图 f i g 2 1c a l c u l a 垃o nn o w c h a r t o fc m pv i r t u a lw a t e r 农产品虚拟水含量的计算应首先从农作物生长过程的需水量入手。作物用水是衡量该需 水量的有效指标，它是指作物在生长发育期间蒸发蒸腾所消耗的全部水资源量，通常采用联 合国粮农组织所推荐的c r o p w 盯模型计算。c r o p w 盯模型采用标准彭曼公式，以一定的 参考作物需水量为基准，通过不同的作物系数对其数值进行修正，得到具体作物的需水量。 可以根据公式( 2 2 ) 进行计算： 五z 扣豇e 而 ( 2 2 ) 其中：e 殆一作物实际累积蒸发蒸腾总量【m m d a y 1 】； 占而一参考作物蒸发蒸腾水量 m md a y 1 】； 一作物系数 一般情况下，影响作物需水的因素包括：气象因素( 降水、气温、水气压、日照时数和 风速) 、作物类型、土壤条件以及种植时间等。屁反映农作物本身的生物学特性( 如叶面积、 蜡质层、产量水平、土壤、栽培条件) 以及各具体作物与参考作物表面植被覆盖与空气动力 学阻力以及生理与物理特征的差异，通常用作物高度、土壤表面反射率、覆盖层阻力和土壤 蒸发这4 个区别于参考作物特征的综合指标来表示。计算中需要注意豇取值的大小与植物的 各生长阶段紧密相关。e 而的概念是联合国粮食与农业组织f a o 在研究农作物的环境独立性、 农作物的种植以及管理措施对蒸发的需求量时所引入的概念，只有一些环境参数能够影响到 露死的大小。基于一个假想的作物参考面，将各种气候条件的影响融合在参考作物需水量中， 从而忽略了作物类型、作物生长发育以及管理措施等对作物需水量的影响。占而可以根据修 9 内蒙舌大学硕士学位论文第二章鄂尔多斯市水生态足迹的计算方法与具体步骤 ! !： 。一 正的彭曼公式( 2 3 ) 进行计算【6 5 】： ! 竺! 竺麦麴坐! ! 协3 ， 倒o = 鬲丽瓦面厂一 “叼7 式中，e 乃为参考作物蒸散量( m md 1 ) ； 风为作物表面的净辐射通量( m jm 之d 1 ) ； g 为土壤热通量( m jl n 2 d 1 ) ； 为饱和水汽压斜率( k p a 。1 ) ； e 。为饱和水汽压( 1 凹a ) ； e 。为实际水汽压( k p a ) ； y 为干湿球常数( 1 0 a d ) ； 口2 为2 m 高度处的风速( ms 。) ； 乃为日均温( ) 。 这是计算以“日，为单位的参考作物蒸散量。若用该式计算以小时为单位的参考作物蒸 散量，则需将转换系数9 0 0 改为3 7 。 公式中具体指标的计算参考以下公式： ( 1 ) 净辐射如与地面接收的总辐射g ( 形聊2 ) 、地面反射率口和地表长波辐射 三以( 矿掰一2 ) 有关，即r 。( 形肌一2 ) = 幺( 1 - 口) 一砌。 ( 2 - 4 ) 幺是理论太阳辐射凡( 聊- 2 ) 的一部分： 吼- ( 口+ 6 焉) 兄 q 。5 其中，口为阴天尺。的余额，一般取0 2 5 ，6 为比例因子，取o 5 ，一为实际日照时数， 为理论日照时数( hd 1 ) 。 其中由下式获