Nature Communications|水质管理:经济高效地将珠江流域未来水资源短缺减半

政务   2024-09-13 09:01   湖北  

转自:水生态环境科学

 摘要

在全球变化的大背景下,缓解水资源短缺不仅需要缓解日益严重的水污染,还需要适应水资源供需的变化。然而,目前先进的水资源短缺建模工作在设计减少水资源短缺措施时,往往忽视了水质及其相关的生物地球化学过程。本研究针对中国水资源高度紧张且污染严重的珠江流域,基于共享社会经济路径(SSPs)和代表性浓度路径(RCPs),探讨了在不同社会经济和气候变化情景下,通过综合考虑水量和水质来识别减少未来水资源短缺的成本效益方案。

建模方法结合了营养物模型(MARINA-Nutrients)与成本优化程序,以空间显式的方式考虑了生物地球化学过程和陆地人类活动。研究结果显示,在RCP8.5-SSP5情景下,到2050年,珠江流域大部分地区的水资源短缺预计将增加4倍。同时,通过实施水质管理方案,可以以经济有效的方式将未来水资源短缺减半。

本研究不仅为珠江流域的水资源短缺评估提供了重要参考,也为全球其他水资源紧张且污染严重的流域提供了借鉴。通过综合考虑水量和水质,可以更加全面、科学地制定水资源管理策略,确保水资源的可持续利用,促进人类社会与自然环境的和谐共生。



 研究结果

1. 未来水资源短缺趋势

  • 整体趋势:到 2050 年,珠江流域的水资源短缺将显著增加,在 RCP8.5-SSP5 情景下将增加 4 倍。例如,2010 年的水资源短缺指数为 1.2,而 2050 年预计将达到 5。

  • 季节性变化:夏季水资源短缺较低,而冬季和春季水资源短缺较高。例如,在 RCP8.5-SSP5 情景下,夏季的水资源短缺指数为 0.1,而冬季和春季的水资源短缺指数分别为 2.9 和 5。
  • 驱动因素:水资源短缺的增加主要是由水污染加剧、气候变化导致的水资源可用性变化以及社会经济活动导致的用水量增加共同驱动。例如,在 RCP8.5-SSP5 情景下,河流氮浓度预计将增加 135%,而总用水量预计将增加 44%。
2. 水质管理措施的成本效益分析
  • 水质管理措施:回收粪便和投资污水处理厂是最具成本效益的水质管理措施,可以有效降低氮污染。例如,在 RCP8.5-SSP5 情景下,回收粪便可以将氮污染减少 14.4万 t,而投资污水处理厂可以将氮污染减少 21.7 万t,分别只需要 0.0002 亿美元和 0.00003 亿美元的成本。

  • 水量管理措施:农业部门的水量管理措施(如低压管道灌溉)比家庭部门的水量管理措施(如节水型水龙头)更具成本效益。例如,在所有情景下,低压管道灌溉可以将农业用水量减少 110 亿m3,而节水型水龙头只能将家庭用水量减少 1~2 亿m3
  • 综合管理措施:农业部门同时进行水量和水质管理比仅进行水量管理更有效。例如,在 RCP8.5-SSP5 情景下,农业部门同时进行水量和水质管理可以将水资源短缺减少 26%,而仅进行水量管理只能将水资源短缺减少 5%。
3. 模型不确定性分析
  • 模型结构:MARINA-Nutrients 模型结构存在一些简化,例如忽略了年内遗留效应。例如,模型假设河流氮浓度全年不变,这可能会导致对未来氮浓度和季节性水资源短缺的估计存在偏差。
  • 模型输入:模型输入数据存在一些不确定性,例如未来排放情景和社会经济情景的成本数据。例如,模型中使用的污水处理厂建设成本数据来自其他国家,可能与中国的实际情况存在差异。
  • 遗留效应:遗留效应可能会影响营养循环和水质量,但模型中未明确考虑。例如,过去施肥或土地管理措施造成的氮残留可能会持续影响未来的氮污染水平。



 主要结论

  • 水质管理措施可以有效缓解未来珠江流域的水资源短缺,并且具有成本效益。

  • 农业部门同时进行水量和水质管理比仅进行水量管理更有效。

  • 回收粪便和投资污水处理厂是最具成本效益的水质管理措施。

  • 需要进一步研究其他水质参数和水量管理措施,以提高模型的精度和可靠性。

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