区域灰水足迹空间热点识别及其对水环境纳污能力的影响研究

Grey water footprint(GWF) is defined as the volume of freshwater that is required to assimilate the load of pollutants based on natural background concentrations and existing ambient water quality standards. GWF evaluates the water pollutants bearing capacity from the perspective of water quality, revealing the impact of water pollution on the amount of water resources directly. Due to the insufficient calculation accuracy and weak spatial analysis in the current research status, this research aims to modify the calculation system of GWF through improving the accuracy of GWF calculation by model simulation according to the different characteristics of point and diffuse water pollution sources, in order to show GWF’s great potential advantages in regional water pollution assessment. Based on the computing results, under the framework of geographical information system(GIS), the hotspots distribution of GWF will be studied to identify the high-value areas, providing spatial decision information. The interactive mechanism between the internal and external factors of water pollution will also be investigated through the combination of GWF and water environment capacity(WEC) to display the regional water pollution situation comprehensively and objectively. Combined with the spatial hotspots analysis, it provides decision making support for putting forward the highly efficient regional water protection and pollution control measures. This research is of great academic value and guiding significance to enrich the theory system of GWF, promoting the regional water resources sustainable development and utilization.

灰水足迹以自然本底浓度和现有环境水质标准为基准，为一定的污染物负荷吸收同化所消耗的淡水体积。灰水足迹从水量的角度对水体纳污能力进行评价，直观地反映了水污染对可利用水资源量的影响。基于目前灰水足迹领域测算精度不足、空间分析薄弱等研究现状，为发挥其在区域水污染评价中的潜在优势，本研究拟针对区域点源和非点源灰水足迹产生的特性，以模型模拟方法增强灰水足迹测算精度，完善灰水足迹计算体系；以测算结果为前提条件，在地理信息系统框架下，对灰水足迹空间热点分布进行研究，识别高值区域，提供空间决策信息；融合灰水足迹与水体纳污能力通用性评价指标水环境容量，探讨水体纳污内、外在因素间的相互影响机制，全面展示区域水体客观污染情况，结合空间热点研究结果，为进一步形成具有明确指向性且高效的区域水体保护、水污染管控措施提供决策支撑。课题对丰富灰水足迹理论体系，促进区域水资源可持续发展利用等具有重要的学术价值和指导意义。

灰水足迹从水量的角度对水污染进行评价，直观地反映了水污染对可利用水资源量的影响，为定量分析水资源数量与水污染情况二者间的关系，对水资源进行全方位研究提供了新方法。本项目对滇池流域开展灰水足迹的研究，建立了适用性较好的流域SWAT和WEAP模型，基于模型基础，分别测算了滇池流域的点源、非点源和总灰水足迹，优化了常规计算方法中部分参数，提高了灰水足迹的测算精度。流域内因总氮所产生的灰水足迹值最高，为流域内的关键污染物。项目对非点源灰水足迹按来源不同进行了分解，当以总氮为关键污染物时，化肥施用对非点源灰水足迹的贡献程度最大；当以总磷为关键污染物时，分散式畜禽养殖是流域非点源灰水足迹的主要污染源。根据点源和非点源污染的不同空间属性，采用不同空间分析方法对流域内各类灰水足迹进行了空间分布研究，甄别产生灰水足迹的高值区域。研究表明，滇池草海陆域大部分区域和外海北岸西南区块为工业点源重点管控区域。对于非点源污染，外海北岸的北部区域需优化氮肥施用模式，外海南岸及东岸区域应加强集中式畜禽养殖项目的建设。项目核算了滇池流域水环境容量，基于水环境容量和灰水足迹理论，从直接和间接角度分析了虚拟水灰水足迹的流转趋势，阐述了流域水环境纳污能力受到经济产业结构特点和水体自然条件影响的双效作用。本项目成果丰富了灰水足迹测算及空间分析理论，可为滇池流域水污染防控管理，产业结构调整与布局，开展流域生态补偿评价等提供一定的决策支持，保障流域水资源可持续发展利用。