J. Clean. Prod丨通过水足迹指标在流域尺度上评估水使用的可持续性

论文内容

研究背景：

水是支持人类生活的不可或缺的自然资源，对繁荣的经济和健康的生态系统至关重要。气候变化、不可持续发展和人口增长给水资源带来压力。农业是扩散污染导致水消耗和退化的主要原因之一。事实上，从地表水和地下水资源中取水、化肥和农药会严重损害地表水，导致生态系统的结构变化和富营养化。为了保障水资源的数量和质量，并在不断变化的环境中实施可持续水资源管理的路线图，研究和衡量水资源是支持人类生活的不可或缺的自然资源，也是繁荣经济和健康生态系统的必要条件。

农业是扩散污染导致水消耗和退化的主要原因之一。事实上，从地表水和地下水资源中取水、化肥和农药会严重损害地表水，导致生态系统的结构变化和富营养化。为了保障水资源的数量和质量，并在不断变化的环境中实施可持续水资源管理的路线图，重要的是研究和衡量当前人类活动的可持续性。

在此背景下，水足迹(WF)的概念被定义为，它是一种量化生产者或消费者直接和间接用水的指标。水足迹被划分为三种:绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹。绿水足迹(WFgreen)指的是暂时储存在土壤和/或植被顶部的雨水量，这些雨水可以通过植物蒸发或蒸腾。蓝水足迹 (WFblue)是指通过灌溉提供的淡水量和作物生产消耗的淡水量。灰水足迹(WFgrey)是指为了使接收水体的质量保持在特定的质量标准内，稀释一负荷污染物所需的淡水量。在农业部门，世界粮食基金会的评估可用于强调与当前用水相关的主要威胁和弱点，比较不同的种植制度，量化建议的应对方案的结果，以实现可持续发展。

研究内容：

本研究旨在通过水足迹(WF)来评估流域尺度上水资源利用的可持续性。 水足迹网络提出的方法与水文和水质模型以及水流监测数据相结合，以评估意大利东南部盆地的水流量，该盆地是地中海流域，有一个临时河流系统。流域水资源短缺，农业和点源污染严重。在地中海气候下的几个地区，都可以发现这些特点，以及河流流动状况的间歇性特征。因此，本研究编制的综合分析框架可以推广到其他流域，从而成为改进对农业活动和地表水资源的可持续性评价的有用指南，并支持这些区域制定水政策，利用土壤和水分评价工具对径流、蒸散量和径流中的养分进行了估算。本文采用自举技术，结合蒙特卡罗模拟，评估了与输入数据的可变性和未知的地表水营养盐自然背景水平有关的水足迹不确定性。

本研究的一般目的是确定一种办法，以全面核算作物生产的粮食资源，并试验这种办法，以分析在流域尺度上用水的可持续性。该研究综合了水足迹网络提出的方法，并利用水文和水质模型和实地测量，具体目标为:1）评估农业绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹的时空变异性，量化其与输入数据和参数变异性的不确定性。2)评估与农业有关的地表水足迹的可持续性。3）同时考虑到已经消耗了接收水体的同化能力的点源的存在,确定改善地表水水质的可能策略。

研究结论：

本研究主要结论：1. SWAT模型能够提供计算流域内农业活动和废水处理排放的世界水流量所需的主要输入。虽然模型的建立和校准需要大量的数据，但它对流域规划和管理具有重要的意义。但是，还需要进行进一步的监测活动，以改进模拟结果并包括地下水系统。

2.在流域内，对于每种作物，由于投入和环境因素的可变性，在HRUs之间发现了很大的WF评估差异。 结果表明，这种不确定性可能是显著的，尤其是对于灰水。 因此，在盆地尺度上，具有代表性的WF值必然包括不确定性。 Bootstrap技术与Monte Carlo模拟相结合被证明是确定输入和参数的可变性以及提供不确定性区间的一种容易的方法。

3.绿水足迹是流域尺度水足迹的最高组成部分。 ETano irr占年总降水量的68%—91%，对地下水补给和径流有重要影响。

4.对于地表水，∑WFBlue是不可持续的，因为Ract不足以满足流域内的灌溉要求，因此需要其他水源（地下水或流域外的水源）。

5.葡萄园、橄榄园和硬粒小麦是CWUtot最高的作物。 TN是灰水足迹中最大的组分，因为除了葡萄园和牧草外，所有作物的TN含量都远远超过了TP含量。

6.应确定每个部门的污染基准，以确保水资源的可持续利用，并在流域范围内提高用水效率。 在这方面，水足迹的概念可以改善与点源和扩散源污染有关的管理框架。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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