建设长江流域绿色发展示范带是美丽中国建设的重大任务,开展城市绿色发展评估和障碍影响识别有助于推动长江流域绿色发展.构建了以水为纽带、体现"三水"统筹的长江流域城市绿色发展指标体系,基于CRITIC-熵权、TOPSIS、障碍度模型和系统聚类等综合评价方法,对流域内63个重点城市2012-2021年的绿色发展和障碍影响进行评估.结果表明:(1)共抓大保护以来长江流域城市绿色发展进程明显加快;(2)经济规模、生产率、环境效率对城市绿色发展的阻碍明显减小,产业结构重化工化、农业面源污染的阻碍更加突显,多数城市绿色发展都面临水资源开发程度高和经济社会用水效率低的障碍;(3)生态阻力型城市应重点加强水生态环境安全管理,降低资源开发强度,执行更严格的管控制度;经济阻力型城市应重点发展零污染产业,建立健全生态产品价值实现机制;效率阻力型城市应强化水资源刚性约束,推动工农业生态循环发展,大幅提高资源环境效率;生态-经济阻力型城市应率先推动涉水产业绿色改造和优化升级,提升市场竞争优势,同时加强涉水产业环境风险管理;混合阻力型城市应重点依靠创新驱动推动产业转型升级和资源环境效率提升,同时统筹好"三水"关系.

水资源是基础性自然资源和战略资源,科学量化水资源供给服务的供需关系、识别供需矛盾的突出区域是进行流域水资源管理的重要前提.以大清河流域为例,利用InVEST模型,建立了水资源供给服务空间流动量化方法,预测了用水效率提升、节水灌溉两种节水政策情景对水资源供给服务供需关系的影响.结果表明:(1)流域水资源供给服务和水资源需求量均呈现出上游低、下游高的空间分布格局,农业用水为流域主要用水类型,2010-2015年,流域水资源供给服务增长0.97％,水资源需求量出现了 9.6％的下降;(2)2010-2015年,流域整体水资源供给服务的供需比由0.78提升至0.88,服务的空间流动使得上游盈余的水量缓解了中下游的用水压力,但中下游水资源需求大于供给的问题仍普遍存在;(3)提升用水效率、推行节水灌溉这两种节水政策均能够有效改善大清河流域的水资源供需关系,分别可将流域水资源供需比提升至0.97和0.96,基本达到供需平衡.研究可为北方资源型缺水流域水资源供需匹配度的提高、节水政策潜力的评估提供借鉴.

通过贸易与消费调控实现区域水资源优化配置已成为缓解地区水资源压力的途径之一.跨区域投入产出分析可为地区间虚拟水贸易战略提供依据.基于2012年京津冀地区投入产出表与生产用水量构建了跨地区虚拟水核算模型,计算了隐含在经济贸易中的虚拟水总量及各地区各部门的直接用水系数、完全用水系数和拉动系数,分析了各部门虚拟水进出口情况,识别了重点耗水部门.结果表明:京津冀地区呈现虚拟水净出口状态,其中净出口部门主要为北京的服务与交通业,河北的农业和制造业.京津冀的农业、矿业和水供应业在生产过程中直接消耗水量大,应注重提升用水效率及节水技术的开发;三地制造业、建筑业和服务与交通业的平均拉动系数较大,这说明其他部门生产活动对该部门依赖性较大,其单位产出的提高将带动整个地区更多虚拟水量的投入.此外,河北的农业和制造业为京津冀各部门输送了大量虚拟水,为各部门生产提供了支撑,是节水的重点部门,应着重调整其产业结构,并从直接和间接用水两方面入手减少水资源消耗.计算了京津冀地区不同部门的直接、间接水资源消耗、水资源消耗拉动系数,以及部门间的虚拟水贸易情况,结果可为该地区部门间水资源配置和虚拟水战略的制定提供基础.

石羊河流域灌区是人-地-水矛盾高度集结之地,也是流域综合治理的重点地区,其用水效率的高低深刻影响着绿洲的稳定性和三生系统(生产-生活-生态)的和谐发展状态.选择DEA模型,测度了《石羊河流域治理规划》实施前后13个灌区农业用水效率变化.结果表明:综合治理前后各灌区用水效率存在明显的时空差异,以2007年为拐点,总体呈现前期波动下降、后期稳定提升的发展历程.用水效率中游井泉灌区＞中游山水灌区＞下游山水井泉混合灌区,映射出流域治理的强大影响力.重点治理区域高于非重点区域,但下游红崖山水库灌区用水效率仍很低.各灌区水土冗余是影响用水效率的共性因素.水冗余井泉灌区＜山水灌区,但冗余度和松弛变量均在减少,说明水资源节约程度在加强.治理前井泉灌区和混合灌区土冗余最多;治理后山水灌区和下游红崖山水库灌区土地在减少冗余度,说明“关井压田”对井泉灌区起到明显作用.

深入分析京津冀城市群用水效率与城市化水平的相互关系,揭示不同城市城市化水平对水资源利用效率的影响,有助于缓解水资源短缺问题.结合超效率数据包络模型,定量分析了京津冀城市群不同行业的用水效率,从人口、经济、社会与土地等不同城市化角度,全面分析了城市发展水平与生活、工业、农业三大行业用水效率之间的相互关系.主要结论为:①2006-2015年,京津冀城市群生活和工业用水效率总体上略微下降,而农业用水效率明显上升;不同城市之间存在明显差别,唐山、衡水与沧州市各行业用水效率均较高,邯郸和邢台市各行业用水效率均偏低.②城市发展水平对不同行业用水效率的影响存在明显差异.城市化水平的提升可以显著提高生活用水效率,但对工业和农业用水效率具有不同程度的负向影响.综合用水效率仅受到经济城市化的显著影响,相关系数达0.19,表明提高用水效率的关键是进一步调整经济产业结构.③城市化水平与用水效率梯度的匹配状态较差.一方面,京津冀13个城市中达到匹配的城市仅有4个,占京津冀城市总数的30.77％,匹配程度较低.另一方面,不存在城市化水平和用水效率双高型的城市,匹配层次较低.综上所述,针对京津冀城市化发展与用水效率的失衡关系,应审视水资源投入产出结构并尝试行业联动等节水发展模式.

为缓解农业用水紧张,解决复播夏大豆与春播作物的用水矛盾,探究膜下滴灌量对北疆夏大豆干物质积累的影响,以期为当地夏大豆高产节水栽培技术提供理论依据.以大豆品种“黑河45号”为试验材料,分别于2016、2017年进行大田试验,设置4200(W0)、3780 (W1)、3360(W2)、2940(W3)、2520(W4)、2100(W5)m3·hm-2 6个覆膜滴灌水平和未覆膜处理4200 m3·hm-2(CK),研究膜下滴灌量对干物质积累与分配、干物质积累特性参数、产量及灌溉水利用效率的影响.结果 表明:夏大豆单株干物质积累总量和各器官干物质积累量均随着滴灌量的增加呈现“先增后降”的变化趋势,表现为W2＞W3＞W1＞W4＞Wo＞W5≈CK;通过Logistic方程拟合,不同年份各处理的干物质积累特征参数均以W2或W3处理较优,且W2和W3处理之间无显著差异;适宜的滴灌量能显著增加各阶段干物质积累量和干物质积累平均速率,缩短干物质积累时间,加快生育进程;累积两年各处理产量的平均值以W2处理最大,为3099.49 kg·hm-2,较CK、W0、W1、W3、W4、W5处理分别提高了26.14％、14.27％、7.23％、7.20％、20.40％、34.17％;在大豆生长发育及产量相当的情况下,覆膜条件比未覆膜条件最大限度可节约额定灌溉量50％;综合考虑认为,覆膜条件下,灌水量在2940～3360 m3· hm-2为北疆夏大豆高产、节水的合理灌溉定额.

作物生产水足迹是衡量整个作物生产过程中水资源利用状况的综合指标, 能清晰地反映出水资源消耗类型、数量以及用水效率, 为农业水资源管理评价提供了全新的思路.本研究在计算玉米单产的基础上, 分析了1990—2015年河南省6个玉米种植区生产水足迹的时空差异.结果表明:河南省玉米生产水足迹呈现先波动下降后趋于平稳的态势;不同产区的生产水足迹差别较大, 其中豫西玉米生产水足迹最高, 豫东、豫中南、豫北的生产水足迹低于河南省平均值;绿水是河南省玉米生产需水的主要组成部分, 占生产水足迹的80％以上;在时空分布上, 均表现为生育期间降水量越低, 绿水生产足迹所占比越高;基于对6个玉米种植区水足迹的分析, 建议对豫西、豫南等玉米生产水足迹较高的区域, 应推广抗逆性强的品种, 提高水分利用效率, 缩减玉米种植面积, 而豫东、豫中南和豫北3个区域玉米生产水足迹较低, 属于玉米种植优势地区, 应保持或扩大玉米种植面积.

为了对我国城市水资源利用效率问题进行分析和评价,本文基于数据包络分析方法,从农业、工业、生活、社会等几个方面共选取了5个输入指标及6个输出指标,利用AIC信息准则(Akaike information criterion)进行了变量选择,构建了较为科学合理的用水效率评价指标体系.在此基础上,采用香农熵指数提升了传统CCR(由Charnes A,Cooper WW,Rhodes E提出)模型的识别能力,选取我国31个省会城市为研究对象,给出了省会城市水资源效率的完整排名.结果 表明:①绝大部分城市综合效率得分(CES,Comprehensive efficiency score)普遍不高,投入产出比仍有较大的进步空间;②拉萨、北京、天津、银川、海口、上海等城市CES得分相对较高,这说明一个城市水资源利用效率的高低与经济发展水平可能没有必然的联系,其他城市应结合自身情况向CES得分靠前的城市进行学习;③重庆、南宁、南昌、长沙等水资源较丰富的城市CES得分反而较低,表明这些城市可能存在大量水资源被浪费,应建立起节水机制,同时优化产业结构.

传统生产函数很少考虑农业生产中自然资源的要素功能,也无法表达化肥、农药的使用对环境产生的损害.研究将绿水、蓝水和灰水足迹,分别代表降水资源、灌溉水资源和作物生产的环境影响,引入农业生产函数,采用随机前沿方法测算陕西省作物生产生态效率,并分析其影响因素.结果 表明:1)1985-2018年间陕西省作物生产总水足迹呈上升趋势,作物生产单位面积用水强度不断增强.单位面积水足迹及蓝、绿、灰水占比与气候、种植结构,灌溉条件和农业污染相关.2)研究期内,陕西省作物生产生态效率以2003年为分界点呈现先降后升趋势,陕西省作物生产生态效率的U型波动对应政府对耕地资源保护和农业污染管控政策变化.3)作物生产生态效率低下的区域集中在生产落后的农业区和农业条件差的工业区,农业耕地质量差,灌溉条件匮乏,低效率(产值角度)的灌溉和化肥农药施用以及落后农业生产方式是导致作物生产生态效率低下的主要原因.4)研究期内,陕西省作物生产经历了从规模报酬递增,到规模报酬递减2个阶段,与耕地面积的变化基本对应.短期内,考虑各投入要素的产出弹性调整种植结构和化肥农药施用量是提高作物生产生态效率的有效措施,而促进农业产业升级和技术革新是推动作物生产生态效率提升的根本路径.

作为我国重要的生态屏障和经济带,黄河流域生态保护和高质量发展是我国的重大战略需求.目前,黄河流域水资源利用效率较低、水资源配置不甚合理等问题,阻碍了流域整体的可持续发展.以黄河流域上、中、下游9个省份作为研究对象,引入目标间均衡度这一新的评估方法,通过分析上中下游在可持续发展目标达成状况、发展路径、对黄河水资源的依赖程度和工农业用水效率等方面的差异,探讨了基于水资源优化利用的协同发展策略.研究结果表明:(1)2000-2015年间,黄河九省的可持续发展指数都有了显著提高,在不考虑各可持续发展目标间的均衡度时,中下游地区的可持续发展状况显著优于上游地区,考虑均衡度后则未发现显著差异;(2)忽略均衡度对评估结果带来的偏差也体现在省级层面上,如宁夏和山西在不考虑均衡度时都被认为取得了良好的发展,但实际上两者的发展主要体现在少部分目标上,和环境保护相关的部分目标反而出现了退步,这说明不考虑均衡度可能会高估可持续发展目标达成度;(3)黄河流域上中下游均有对黄河水资源较为依赖的省份,这些省份间工农业用水量和用水效率等存在较大差异,总体来看,上游地区用水效率较低,中下游地区用水效率较高;(4)取水量与17个可持续发展目标间的关系在上中下游有所差异,在上游地区取水量同多数目标无关或呈负相关关系,说明限制上游地区可持续发展的因素不是水资源,而在中下游地区取水量的增加则能够促进一些同经济和社会发展相关的目标.可以通过加强上、中、下游间的合作,优化产业结构和水资源配置,提高流域整体的水资源利用效率,促进流域生态环境保护,最终实现全流域的可持续发展.