CN103810648A - 基于区域与季节水资源压力指数产品工业水足迹核算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结合区域性水资源压力和季节性水资源压力影响的产品工业水足迹核算体系，可以得到体现某产品环境影响程度的水足迹值。其特征在于，第一部分为提出区域水资源压力指数和其评价模型，第二部分为提出季节水资源压力指数和其评价模型，第三部分为提出水足迹当量，作为参考单位综合体现地域性与季节性差异对产品工业水足迹造成的影响，并构建基于区域水资源压力指数和季节水资源压力指数的产品工业水足迹计算方法。本发明能够体现在不同生产区域以及不同制造周期内进行的工业化生产活动对淡水资源产生的不同影响，解决了不同区域、不同制造周期的产品工业水足迹之间的比较的难题。

Description

基于区域与季节水资源压力指数产品工业水足迹核算方法

技术领域

本发明涉及产品工业生产过程中水足迹的核算方法，具体地，涉及同时考虑水资源受不同区域和不同季节影响下的产品工业水足迹核算问题。

背景技术

水资源是人类赖以生存和发展的珍贵资源。但随着人类工业化的快速发展，水资源供需矛盾日益加剧，全球水资源短缺现状日趋突出。然而，在水资源短缺愈发严重的同时，人类又在大规模污染水源，进一步导致了水质恶化。因此水资源问题已不仅仅是资源问题，更成为关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。

水足迹(Water Footprint)概念是荷兰水资源专家Hoekstra在虚拟水理论研究的基础上提出的，用以描述人类活动对水资源系统的影响。具体到产品工业水足迹，是指产品在工业生产过程中所需要的水资源总量。水足迹是一个多维指标，在地理和时间上共同规定了总水足迹的所有组成部分，包括蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹，其中，蓝水足迹是指产品供应链上的蓝水资源(地表水和地下水)消耗量；绿水足迹指绿水资源(储存在土壤中的雨水，如土壤水分)的消耗量；灰水足迹则与污染量有关，可定义为根据现有环境水质标准同化污染物负荷所需消耗的淡水量。

目前针对产品工业水足迹(或水足迹)的研究大多是基于虚拟水理论，即所涉及的绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹的体积容量加和，并表示为一个单一的数值。然而，由于理解和应用水足迹或产品工业水足迹的关键是明确水资源消耗和污染的环境影响，因此水足迹应反映不同的生产区域、生产时间对水资源的影响。

发明内容

针对目前水足迹核算体系上的空白点，本发明的目的是提供一种结合区域性和季节性水资源压力影响的产品工业水足迹核算体系，得到可以体现某产品环境影响程度的水足迹值。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于区域与季节水资源压力指数的产品工业水足迹核算方法，其特征在于，步骤为：

第一步、定义区域水资源压力指数RWSI并构建其评价模型：

区域水资源压力指数RWSI用来表示现实的人口指标、生态指标、经济发展指标与其对应的阀值之间的相对差距，区域j的水资源压力指数RWSI_j表示为：

w_i为人口指标、生态指标及经济发展指标中第i个指标的权重分配，y_ij为区域j的人口指标、生态指标及经济发展指标中第i个指标原始值的标准值，n为所有人口指标、生态指标及经济发展指标的总个数；

RWSI_j的数值越大，表明区域j的水资源匮乏越严重；

第二步、定义季节水资源压力指数SWSI并构建其评价模型：

季节水资源压力指数SWSI用于表达特定区域在不同月份／季节的水资源匮乏程度，第i个月的水资源压力指数SWSI_i表示为：

SWSI_i=w_1iS_1i+w_2iS_2i，式中S_1i为第i个月的月平均气温距平值，

T_i为第i个月的月平均气温；S_2i为第i个月的月平均降水距平值，

P_i为第i个月的月平均降水量，w_1i及w_2i分别为S_1i及S_2i的权重分配；

SWSI_i数值越大，表明特定区域在第i个月的水资源匮乏情况越严重；

第三步、基于区域水资源压力指数RWSI和季节水资源压力指数SWSI建立产品工业水足迹计算体系，具体步骤为：

步骤3.1、提出水足迹当量，1L水足迹当量表示在同时考虑区域水资源压力指数RWSI和季节水资源压力指数SWSI时，消耗1L新鲜水对水资源系统产生的压力；

制定用水清单，包括蓝水足迹、灰水足迹及间接工业水足迹，其中，间接工业水足迹涉及能源及物料隐含的水资源消耗和污染量；

步骤3.2、基于区域水资源压力指数RWSI和季节水资源压力指数SWSI计算产品工业水足迹IWF：

$\mathrm{IWF}=\underset{p=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[({\mathrm{CWU}}_p+{\mathrm{DWU}}_p)\×({\mathrm{RWIS}}_p+{\mathrm{SWIS}}_p)+{\mathrm{VWU}}_p],$ 式中：

CWU_p为第p个生产工序的直接水资源消耗量；

DWU_p为第p个生产工序的直接水环境污染量；

RWIS_p为第p个生产工序所在地区的区域水资源压力指数；

SWIS_p为第p个生产工序所属制造周期的季节水资源压力指数；

VWU_p为第p个生产工序涉及能源及物料隐含的水资源消耗和污染量；

n为产品工业化生产所包含的生产工序总个数。

优选地，第一步中所述人口指标至少包括人均水资源量、人均用水量；所述生态指标至少包括地均水资源量、地均废水排放量及工业废水排放达标率；所述经济发展指标至少包括人均GDP、单位GDP用水量，其中：

本发明针对地域性影响与季节性影响问题，分别提出并定义了区域水资源压力指数RWSI和季节水资源压力指数SWSI的基本概念，并将其作为生产区域以及制造周期差异对产品工业水足迹造成影响的量化指标，构建了区域水资源压力评价模型和季节水资源压力评价模型。其次，引入水足迹当量(H₂O_e)作为参考单位以综合体现区域性和季节性差异对产品工业水足迹造成的影响。最后，构建了基于RWSI和SWSI的产品工业水足迹核算体系，旨在通过核算获取相对客观、科学的产品工业水足迹，以实现水资源控制，减少水消耗、水污染。

本发明提供的方法创新性地将生产区域、制造周期的差异对产品工业水足迹造成的影晌纳入水足迹的核算中，能够体现在不同生产区域以及不同制造周期内进行的工业化生产活动对淡水资源产生的不同影响，解决了不同区域、不同制造周期的产品工业水足迹之间的比较的难题。

附图说明

图1为产品P工业水足迹核算的盘查边界(黑实线内)。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明提供的一种基于区域与季节水资源压力指数的产品工业水足迹核算方法将分为三部分：第一部分为提出区域水资源压力指数和其评价模型，第二部分为提出季节水资源压力指数和其评价模型，第三部分为构建基于区域水资源压力指数和季节水资源压力指数的产品工业水足迹计算方法。具体步骤为：

第一部分：区域水资源压力指数及其评价模型

步骤一：提出区域水资源压力指数(Regional Water Stress Index，RWSI)。对于某一特定的地理区域，水资源体积容量是一定的，如果不与外界进行水资源交流，其所能承载的人口数量、经济规模、环境容量就不可能无限的增长，因此，存在着一个极限(阀值)。如果现实的人口、经济、环境等与其对应的阀值之间存在着一定距离，说明该区域发展的水资源压力相对较小；反之，该区域发展的水资源压力就较大。区域水资源压力指数RWSI就是用来表示现实的人口、生态、经济发展等指标与其对应的阀值之间的相对差距，是体现区域水资源状况和区域人口、经济、环境之间的关系是否协调、水资源是否短缺以及水资源是否成为该地区经济发展瓶颈的一种量化指标。

步骤二：构建区域水资源压力指数评价模型的指标体系，见表1：

表1

其中，工业废水排放达标率是指区域工业废水排放达标量占其工业废水排放总量的百分比，工业废水排放达标量是指废水中行业特征污染物指标都达到国家或地方排放标准的外排工业废水量，计算公式：

单位GDP用水量是指区域总用水量与区域国内生产总值(GDP)之比。计算公式：

步骤三：根据下式获得区域j的水资源综合压力指数RWSI_j。RWSI_j为0～1，数值越大，表明该区域水资源匮乏越严重。

w_i为人口指标、生态指标及经济发展指标中第i个指标的权重分配，y_ij为区域j的人口指标、生态指标及经济发展指标中第i个指标原始值的标准值，n为所有人口指标、生态指标及经济发展指标的总个数，在本实施例中，n=7。

第二部分：季节水资源压力指数及其评价模型

步骤一：提出季节水资源压力指数(Seasonal water stress index，SWSI)。对于某一特定地理区域，不同月份／季节的气候(主要指气温和降水)存在规律性变化。这些变化会以不同的方式和途径对该区域的水资源产生不同程度的压力。季节水资源压力指数SWSI是用于表达特定区域在不同月份／季节的水资源匮乏程度，是体现月份／季节的气候(主要指气温和降水)差异对水资源压力影响的量化指标。

步骤二：构建季节水资源压力指数评价模型的指标体系，见表2：

表2

月平均气温距平值是一系列(全年12个月)月平均气温与这些平均气温的总平均气温之间的差值。月平均气温距平值越大，说明该月的气温条件对水资源的压力越大，相应地，在这段时间内生产的产品工业水足迹越大。第i个月的月平均气温距平值S_1i(摄氏度)计算公式为：

T_i为第i个月的月平均气温(摄氏度)。

月平均降水距平值是指一系列(全年12个月)月平均降水量与这些平均降水量的总平均降水量之间的差值。月平均降水距平值越大，表示该月的降水条件对水资源的压力越小，因而在这段时间内生产的产品工业水足迹越小。第i个月的月平均降水距平值S_2i(毫米)计算公式为：

式中P_i为第i个月的月平均降水量(毫米)。

步骤三：根据下式计算第i个月的水资源压力指数SWSI_i。SWSI_i为0～1，数值越大，表明特定区域在该月份的水资源匮乏情况越严重。

SWSI_i=w_1iS_1i+w_2iS_2i，w_1i及w_2i分别为S_1i及S_2i的权重分配。

第三部分：基于RWSI和SWSI的产品工业水足迹计算体系

步骤一：提出水足迹当量(H₂Oe)，作为参考单位综合体现地域性与季节性差异对产品工业水足迹造成的影响，并对其基本概念进行了如下定义：1L水足迹当量(H₂Oe)表示在同时考虑区域水资源压力指数(RWSI)和季节水资源压力指数(SWSI)时，消耗1L新鲜水对水资源系统产生的压力。

制定用水清单(产品在工业生产阶段涉及的直接和间接的水资源消耗量及污染量)，包括蓝水足迹(即直接水资源消耗量)、灰水足迹(即直接水环境污染量)、间接工业水足迹(即涉及能源及物料隐含的水资源消耗和污染量)。

步骤二：基于区域水资源压力指数(RWSI)和季节水资源压力指数(SWSI)的产品工业水足迹IWF(L H₂Oe)计算。

$\mathrm{IWF}=\underset{p=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[({\mathrm{CWU}}_p+{\mathrm{DWU}}_p)\×({\mathrm{RWIS}}_p+{\mathrm{SWIS}}_p)+{\mathrm{VWU}}_p],$ 式中：

CWU_p为第p个生产工序的直接水资源消耗量(L)；

DWU_p为第p个生产工序的直接水环境污染量(L)；

RWIS_p为第p个生产工序所在地区的区域水资源压力指数；

SWIS_p为第p个生产工序所属制造周期的季节水资源压力指数；

VWU_p为第p个生产工序涉及能源及物料隐含的水资源消耗和污染量(L)；

n为产品工业化生产所包含的生产工序总个数。

以下实施例以基于区域水资源压力指数(RWSI)和季节水资源压力指数(SWSI)的产品工业水足迹计算为例。第一部分以区域水资源压力指数计算为例，第二部分以季节水资源压力指数计算为例，第三部分计算基于区域水资源压力指数(RWSI)和季节水资源压力指数(SWSI)的产品工业水足迹。

本实施例以产品P的工业水足迹为计算对象，选取A、B、C三省作为三个生产区域，以体现地域性差异对工业水足迹的影响；上述三个区域生产的产品P均设定两个制造周期，分别为6月和12月，以体现季节性差异对产品P的工业水足迹的影响。

第一部分

步骤一：选取A、B、C三省作为评价区域，以《中国统计年鉴》和《中国环境统计年报》作为基础数据来源，获得20XX年区域水资源压力单项表征指标的原始值，并确定各表征指标的权重，结果如表3所示。

表3

步骤二：基于区域水资源压力指数评价模型，计算出A、B、C三省的区域水资源压力指数，评价结果见表4：

表4

第二部分

步骤一：选取A、B、C三省为评价区域，以《中国统计年鉴》和《中国环境统计年报》作为基础数据来源，获得20XX年三省的平均气温和平均降水量的原始值。根据下式(1)和式(2)分别算得各个区域的月平均气温距平值和月平均降水距平值，并确定各表征指标的权重，结果如表5所示。

$S_{1i}=T_i-\frac{\underset{i=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i}{12}---\left(1\right)$

$S_{2i}=P_i-\frac{\underset{i=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i}{12}---\left(2\right)$

表5

步骤二：基于季节水资源压力指数评价模型，计算出20XX年6月、12月三省的季节水资源压力指数，评价结果见表6：

表6

第三部分

步骤一：制定用水清单。产品P工业水足迹核算涵盖从原材料入厂到产品出厂的整个工业生产过程，包括12个工序，图1所示为产品P工业水足迹核算的

盘查边界(黑实线内)，表7为产品P原始工业水足迹，单位为吨。

表7

步骤二：计算基于区域水资源压力指数(RWSI)和季节水资源压力指数(SWSI)的产品P工业水足迹，见表8：

表8

结合表7、表8的数据，运用下式计算基于区域水资源压力指数(RWSI)和季节水资源压力指数(SWSI)的产品P工业水足迹，结果见表11。

表11

通过实例计算，可以看出，基于RWSI和SWSI的产品工业水足迹计算结果能够体现在不同生产区域以及不同制造周期内进行的工业化生产活动对淡水资源产生的不同影响。

Claims (2)

1.一种基于区域与季节水资源压力指数的产品工业水足迹核算方法，其特征在于，步骤为：

第一步、定义区域水资源压力指数RWSI并构建其评价模型：

区域水资源压力指数RWSI用来表示现实的人口指标、生态指标、经济发展指标与其对应的阀值之间的相对差距，区域j的水资源压力指数RWSI_j表示为：

w_i为人口指标、生态指标及经济发展指标中第i个指标的权重分配，y_ij为区域j的人口指标、生态指标及经济发展指标中第i个指标原始值的标准值，n为所有人口指标、生态指标及经济发展指标的总个数；

RWSI_j的数值越大，表明区域j的水资源匮乏越严重；

第二步、定义季节水资源压力指数SWSI并构建其评价模型：

季节水资源压力指数SWSI用于表达特定区域在不同月份／季节的水资源匮乏程度，第i个月的水资源压力指数SWSI_i表示为：

SWSI_i=w_1iS_1i+w_2iS_2i，式中S_1i为第i个月的月平均气温距平值，T_i为第i个月的月平均气温；S_2i为第i个月的月平均降水距平值，

P_i为第i个月的月平均降水量，w_1i及w_2i分别为S_1i及S_2i的权重分配；

SWSI_i数值越大，表明特定区域在第i个月的水资源匮乏情况越严重；

第三步、基于区域水资源压力指数RWSI和季节水资源压力指数SWSI建立产品工业水足迹计算体系，具体步骤为：

步骤3.1、提出水足迹当量，1L水足迹当量表示在同时考虑区域水资源压力指数RWSI和季节水资源压力指数SWSI时，消耗1L新鲜水对水资源系统产生的压力；

制定用水清单，包括蓝水足迹、灰水足迹及间接工业水足迹，其中，间接工业水足迹涉及能源及物料隐含的水资源消耗和污染量；

步骤3.2、基于区域水资源压力指数RWSI和季节水资源压力指数SWSI计算产品工业水足迹IWF：

$\mathrm{IWF}=\underset{p=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[({\mathrm{CWU}}_p+{\mathrm{DWU}}_p)\×({\mathrm{RWIS}}_p+{\mathrm{SWIS}}_p)+{\mathrm{VWU}}_p],$ 式中：

CWU_p为第p个生产工序的直接水资源消耗量；

DWU_p为第p个生产工序的直接水环境污染量；

RWIS_p为第p个生产工序所在地区的区域水资源压力指数；

SWIS_p为第p个生产工序所属制造周期的季节水资源压力指数；

VWU_p为第p个生产工序涉及能源及物料隐含的水资源消耗和污染量；

n为产品工业化生产所包含的生产工序总个数。

2.如权利要求1所述的一种基于区域与季节水资源压力指数的产品工业水足迹核算方法，其特征在于，第一步中所述人口指标至少包括人均水资源量、人均用水量；所述生态指标至少包括地均水资源量、地均废水排放量及工业废水排放达标率；所述经济发展指标至少包括人均GDP、单位GDP用水量，其中：

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