关键词:
北京市农业水足迹
STIRPAT模型
RBF神经网络
气候变化
摘要:
随着北京市经济社会高速发展及城市化进程不断加速,北京现阶段面临着水资源短缺、水环境污染等问题。绿色发展的新需求对水资源形势严峻的北京市提出了新挑战。农业部门作为高耗水部门,本文研究分析水足迹的人类活动驱动因素、探究气候变化对水资源利用的胁迫影响,在此基础上对人类活动和气候变化下农业水足迹需求进行预测,进而提出削减北京市农业水足迹的政策建议。本文以北京市农业水足迹为研究对象,首先基于STIRPAT模型解析人类活动对北京市农业水足迹变化的驱动机制,接下来结合标准化降水指数(SPEI)及Mann-Kendall检验法对北京干旱气候进行定量评价,分析北京气候因素变化趋势及其突变情况对北京市农业部门水足迹的影响,最后基于径向基函数(RBF)神经网络建立模型,分三种不同情景对北京市农业水足迹演变进行预测,并提出北京市农业节水的相关政策建议。结果表明:根据北京市农业水足迹核算,1980至2012年间北京市年平均农业水足迹为3898.178×108m3,其先增长后下降,2004年后逐渐进入平稳状态。近30年来蓝水足迹远远大于绿水足迹和灰水足迹。在总的水足迹中蓝水足迹占比为50.43%,其次是灰水足迹和绿水足迹,分别占29.55%和20.02%。基于STIRPAT模型分析北京市农业水足迹人类活动驱动机制发现,恩格尔系数对北京市农业水足迹影响最大,其影响系数为0.579,其次是人口、城市化水平、人均GDP和农村总用电量影响系数分别为-0.201、0.096、-0.078、-0.02。通过Mann-Kendall突变检验分析发现,绿水足迹受最高气温及降雨量影响较大,而蓝水足迹受日照时数影响较多。通过SPEI的北京干旱特征分析发现,从年度尺度上看,从90年代中期开始北京气候逐渐干旱程度逐渐加深。从气候突变的角度,北京市气候因素近30年来呈现出波动变化,但整体趋势上降雨量、相对湿度、日照时数M-K检测值为-0.77、-2.02、-4.21,呈下降趋势,最高气温与最低气温M-K检测值为1.21、2.41,呈上升趋势。对三种不同情景下北京市农业水足迹进行RBF神经网络预测结果显示:气候干旱情景下对北京市农业水足迹量最大,其影响大于经济、人口宏观调控情景。为缓解北京市水资源短缺问题,应该从农业种植结构优化调整、农业节水新技术发展及建设北京市生态产业功能区三方面考虑。种植低耗水植物,将技术创新与产业结构优化相结合,探索具有北京特色的农业生产方式,不断加大绿色生态产业功能区建设,将成为今后北京市农业节水的关键点。本研究不仅可为缓解北京市水资源短缺、探索绿色发展的道路提供科学依据,也可为其他城市农业水足迹研究及预测提供新思路和视角。