北方60个灌溉建设项目节水灌溉系统的环境影响评价外文翻译资料

 2022-08-14 15:57:34

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北方60个灌溉建设项目节水灌溉系统的环境影响评价

摘要：由于部分原因是由于需求增加而导致的缺水情况加剧，水已成为全球关注的问题，尤其是在干旱和半干旱地区。节水灌溉技术为提高农业生产用水效率提供了新途径。尽管有效的灌溉管理可以节水和提高产量，但在灌溉项目建设过程中的耗水量和温室气体排放也给环境健康带来压力。但是，很少有研究考虑施工过程和材料对环境的影响。为了填补这一空白，使用生命周期评估（LCA）方法计算了灌溉项目的水足迹（WF）和碳足迹（CF）。在中国北方的60个典型灌溉项目的结果表明，白WF仅占农业白WF总量的0.2e1.5％，节水量为2.3e8.8％。如果不考虑使用WF建立现代灌溉系统，通常会高估这些系统的节水效果13％。灌溉项目的CF占所有农业活动的42.0％。由于难以获得详细的灌溉工程信息，本文建立了三种灌溉工程的财政投入或面积与CF的关系。它提供了一种简单的定量方法来评估其环境影响。通过比较不同情景下的环境影响和生产效益，长期使用滴灌可以增加作物产量并减少水足迹，但碳足迹却同时增加。这项研究表明，有必要从生命周期的角度评估灌溉建设项目对环境的影响，而不是仅着眼于产量的增加和灌溉量的减少。

1引言

粮食安全和环境保护都是全球关注的重要问题（Godfray等人， 2010年).人口的增长和生活水平的提高大大增加了人们对食物的需求，而且趋势表明，未来会有更多的消费和环境问题（斯特芬和理 查森， 2015; 西风，2010年). 对灌溉项目的投资必须采用有效用水的综合技术，尽管这也可能对下游用水产生重大影响，但仍被视为 解决这些问题的有效方法。(Di Baldassarre和Wanders，2018年; 格拉夫顿和威廉姆斯，2018年). 与传统灌溉（例如边境灌溉，沟壑灌溉和洪水灌溉）相比，高效灌溉（例如洒水，微喷和滴灌）在实现可持续发展和发展农村经济方面具有明显优势（里卡特，2017），尤其是在干旱或半干旱地区（艾略特和穆勒，2014年).但是，灌溉工程的建设（包括材料，设备，能源等）消耗大量水，并导致温室气体排放（MoinetCieraad，2017年). 由于灌溉工程的快速发展和普及，特别是在中国，灌溉工程对环境的影响不容忽视。因此，有必要量化灌溉项目对环境的影响，并在提高生产率的背景下讨论粮食安全和环境保护。

在过去的20年中，进行了足迹评估，以提高人们对人类活动对环境压力的严重性的认识。这种方法也可以用来定量评估灌溉项目对环境的影响。提议使用水足迹（WF）来指示在一定时期内生产产品和服务所消耗的总水（Hoekstra，2007年），为定量分析人类活动的影 响奠定了基础（Hoekstra, 2009; Van Aggelen和Ankley，2010年). 随着气候变化和全球变暖，归因于农业和工业的温室效应也引起了极 大关注（科恩（Cohn）等人，2014年).基于生命周期评估（LCA）的产品和服务的碳足迹（ CF ）（ Pennington 等， 2004;Rebitzer和Ekvall， 2004）， 能够描述产品生命周期各个阶段的温室气体（GHG）排放量（赫特威奇，2009年).在过去的十年中，已经进行了许多有关农业野生动植物和CF的研究。例如，通过在区域范围内计算CF来分析农业可持续性（Al-Mansour和Jejcic，2017年; 洛佩兹 等，2015;Rebolledo-Leiva等人，2017).一些学者通过对四种主要农作物进行调查，初步评估了农作物生产系统的CF及其驱动力（Chakrabarti and Pathak，2016年;李等人，2018; 饮食，2014年).这些研究为CF计算方法提供了基础。当前有关农作物生产的WF研究主要集中在农作物本身的耗水量以及用于生产农作物生产所需材料和设备（例如肥料，农药和农业机械）的水（黄和谦，2017; Machado和Maceno，2017年). 由于缺乏工程信息，因此尚无关于大型灌溉项目对环境的影响的研究报告。因此，无法分析灌溉项目对农业的综合利益。为了弥补这一空白，需要提出WF和CF计算方法，并且应该对灌溉项目进行环境评估，因为它与整个农业生产链有关。

这项研究的目的是分析WF和CF。根据LCA方法在中国北方的灌溉工程。根据研究结果，开发了可靠的灌溉项目WF和CF计算方法。还使用情景分析来评估各种灌溉方法之间的相对环境影响，以评估改进方案农业灌溉用水管理，减少环境影响，实现农业可持续发展。

2方法

2.1边界和假设

根据LCA（Hortenhuber等人，2014年），灌溉项目的WF和CF评估范围包括施工和运营过程中产生的耗水量和碳排放量。它主要包括三个方面：上游，中间和下游。上游方面包括管道材料和设备（例如管道，排放器和泵）的生产和加工。中间方面涉及灌溉项目的建设（例如，机械，建筑设备，体力劳动和其他临时项目要求）。下游方面包括灌溉项目的运营和维护（例如，日常维护和设备更换）。不同的灌溉水源或地下水位对灌溉能耗和耗水量影响很大，但这与灌溉工程本身的环境影响无关。因此，本研究的LCA评估范围不包括农作物灌溉所需的水以及电力和抽水所需的温室气体排放。这表示计算中不包括能源消耗和灌溉用水。

本研究考虑了三种常用的灌溉方法：滴灌、管道灌溉和喷头灌溉（如图1).为了确保评估的可靠性并减少不确定性，根据灌溉项目技术规范（GB / T50085e2007，GB / T50485-2009，中国）和建筑业资源消耗分析（GB 50189e2015，GB/T51161e2016，中国;PAS2050;ISO14067)，提出了以下假设:为了解决灌溉工程中施工时间框架不一致的问题，根据2015年的通货膨胀率，对投资进行了统一计算（Lopez-Roudergue等， 2011;Regev等，1990).根据《省温室气体汇编指南》，用于CF和WF评估的电系数与该地点的能源使用电网一致。按照相关标准（GB / T50085e2007，GB / T50485-2009）确定各种节水灌溉系统设备和管道的使用寿命，中国）。

2.2 WF和CF的计算方法

要使用LCA方法，将总水足迹（WF到）分为设备（WF等于），能耗（WF有），机械（WF苹果电脑），劳动力（ WF实验室）和操作（WFe）。WF等于组件包括材料（WF食品）和产品（WF为）的足迹。总碳足迹（CF到）包括归因于设备（CF等于），能源使用（CF有），机械（CF苹果电脑），人工（CF实验室）和操作（CFe）和CF等于包括材料（CF食品）和产品（CF为）。

此外，WFe和CFe考虑了维修和保养过程。由于灌溉系统的能耗特性不同，因此考虑了泵的能耗，而没有考虑灌溉用水。WFe和CFe是通过维护或更换灌溉设备而产生的，不包括灌溉过程中所需的水和电消耗。WFe表示操作阶段实际耗水量的总和，但是由于缺乏数据，CFe估计为CF等于的3％。计算边界和方程式在表格1.

对于中的方程式表格1，mi表示原材料或设备的数量；ki是原材料或设备的WF系数；ci是原材料或设备的CF系数;wi是每个阶段的功耗； WFPi和CFPi是不同产品的WF和CF系数。通过调查调查了灌溉设备生产过程中的用水量（请参阅支持信息中的详细信息）；Vi是WF能量系数;Ei是CF能量系数;powi是WF的机械功率或燃料消耗系数；mci是机械功率或燃料消耗的CF系数；ti是每台机器的运行时间；n是劳动者总数；wp是劳动者的WF系数；cp是劳工Qi是操作阶段的实际用水量。CF为的计算缺少相关数据。因此，使用比例转换方法代替了CF的分段计算。例行维护主要包括设备维护，零件更换，材料购买和更新以及灌溉系统的其他常规维护要求。

图1 节水灌溉项目的地理位置

表1 水和碳足迹的计算方法和方程式

2.3调查数据

目前，很少研究灌溉设备和材料的水和碳足迹。因此，基本上没有参考或标准来计算这部分总占地面积。为了获得设备和材料的相关信息，调查了23家灌溉生产企业（例如水泵，滴灌配件和塑料管的制造商）。通过问卷调查获得了用于灌溉设备生产的能源消耗和材料，结果为计算水和碳足迹提供了基础数据（请参阅补充信息中的详细信息）。

此外，还从设计机构，建筑企业和工程设计公司收集了60个灌溉项目的验收报告。（其他组织请参阅附录中的详细信息）。这60个项目均位于中国北方，并在使用中包含完整的工程数据。所有灌溉项目均符合灌溉项目技术规范，并通过了验收检验。当前所有项目都在使用中，没有任何质量问题。从这些项目验收报告中，可以获得有关每个项目的劳动力需求，原材料消耗以及水，电和燃料使用的信息，并将其用于计算水和碳足迹。使用有关财务投资和工程项目规模的信息来建立回归模型，以估算碳足迹。

2.4数据源和映射

塑料，水泥和其他建筑材料的水足迹计算系数可从《全球水足迹标准》和《网络统计》（https://waterfootprint.org/），水足迹计算器（https://www.watercalculator.org/），水足迹评估（国际金融公司，2010年）和《水足迹评估手册》（Hoekstra，2011年).这些参数和数据用于计算灌溉项目的水足迹。

塑料，水泥和其他建筑材料的碳足迹计算系数可从CLCD（中国生命周期数据库，http://www.ike-global.com），CIAE（中国原子能科学研究院，http://www.ciae.ac.cn），IPCC（政府间气候变化专门委员会，https://www.ipcc.ch）和EIO-LCA（经济投入产出生命周期评估 ，http://www.eiolca.net）（补充信息）。这些参数和数据用于计算碳足迹。

所有统计分析均使用SPSS软件（版本25.0；统计产品和服务解决方案，IBM，美国）进行。使用ArcGIS软件（版本10.1ESRI）获取或创建了省和其他主要地理区域的所有地图和GIS形状文件。

3 结果与分析

3.1节水灌溉系统的WF和CF

WF到和灌溉项目的分布如图图2 这些项目的平均WF范围为539.46至8075.90m3yr-1。三种灌溉项目之间的WF差异。滴灌工程的WF范围为539.46至8075.90m3yr-1，平均为3916.08m3yr-1。喷灌工程的水力变化范围为739.26至727.70 m3年-1，平均为3517.81 m3年-1。管道灌溉的平均水力范围为599.40至6163.80m3yr-1 ，平均为3131.532m3yr-1 。从图3，WF的分布相对随机（请参阅补充信息中的详细信息）。在所有灌溉项目中，只有5个WF小于1000m3yr-1的项目，32个WF在1000至5000m3yr-1之间的灌溉项目，以及13个WF大于1000m3yr的灌溉项目。5000m3年-1。

到

CF到及其在灌溉工程中的空间分布如图图3这些灌溉目的平均CF范围为5.75至239.66yr-1 。此外，滴灌项目的CF值范围为22.52 至170.75 t yr-1，平均为年产91.25吨-1。洒水灌溉项目的CF范围从年20.75至239.66吨-1。管道灌溉项目的CF范围从5.75至46.18t年-1。在本

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