当前我国水资源短缺和水环境污染现象十分严重,严重威胁着人体健康和生态系统安全,因此亟需针对我国水环境面临的环境风险进行科学系统的量化、评估和管理。水足迹分析作为评价水资源消耗和污染情况的综合性指标,能够有效解决这一问题。但传统的水足迹分析方法仅仅评估了水资源消耗和污染的量,难以量化环境风险和应对复杂的工业系统。而生命周期评价的方法能够有效解决上述问题,实现全过程环境风险解析和关键污染节点的识别。因此,本文采用生命周期评价方法来进行水足迹的量化。当前生命周期水足迹评价模型大多针对水稀缺足迹展开,针对水污染足迹(如致癌性足迹、酸性化足迹和淡水生态毒性足迹等)的模型较少。部分学者直接采用生命周期评价模型开展水足迹量化,因未剔除与水介质无关的的摄入途径以及大气与土壤介质中残留污染物的环境影响导致过度评估。并且现存研究在进行清单构建时,通常没有考虑经由大气与土壤间接影响水质的污染物,从而导致水足迹量化结果过低。此外,水足迹评价模型构建和应用中所需的地理、水质、环境、人口、技术水平等基础数据具有显著的地域差异性,直接引用国外模型和数据库并不符合我国国情的需要。针对上述问题,本文构建了一个通用性的本土化全过程水足迹影响量化模型,从而实现了对人类活动所导致的水资源消耗和水环境污染的环境风险的量化,并有效描绘人类产业活动和自然生态系统各要素之间的相互关系从而锁定关键污染节点。本文同时分别以我国某造纸企业、煤炭发电行业和工业废水排放的水足迹为例,开展了微观、中观、宏观层次的应用示例研究,具体研究内容如下:首先,本文基于我国国情建立了包含清单构建方法、中间点影响类型选择与特征化参数计算以及人体健康与生态系统质量损伤评估的本土化全过程水足迹影响评价模型。该模型依据ISO 14046国际标准建立分析边界,通过多介质逸度模型模拟了三千余种能够对水环境产生影响物质在环境中的迁移转换从而剔除最终未进入到水介质的部分,同时仅考虑了与水环境有关的经口摄入途径。研究在此基础上建立清单与6个中间点环境影响类型之间的联系,实现了 35374个中间点特征化当量因子的计算,进而实现了人体健康和生态系统质量损伤的评估。其次,本文通过对某造纸企业水足迹的分析验证了所构建的模型在微观(企业)层次上应用的可行性,并明确了其水足迹影响的关键因子,提出了相应的削减方案。研究发现在秸秆浆印刷书写纸生产的生命周期中,致癌性和非致癌性足迹贡献了超过95%人体健康损伤,而生态系统质量损伤主要来自于淡水生态毒性和水体富营养化足迹,其余中间点类型的影响不足3%。要实现水足迹影响的削减,控制有机肥回收、木浆生产和化学品制备等阶段的水足迹影响最为有效。上述三个输入因子的影响减少5%时,印刷书写纸生产的水足迹在中间点和终点层次的削减程度在0.3%至3.4%之间。企业可采取使用无元素氯漂白并进行黑液回收处理生产工艺的木浆,使用水电等清洁能源或回收能源以实现水足迹影响的削减。此外,通过筛选合理的废水处理工艺(如超深层曝气和生物膜过滤技术)和实现废水循环利用来控制废水处理过程中的水足迹影响也可获得显著的环境效益,直接水资源消耗的削减则对于水稀缺足迹的控制具有十分重要的意义。在污染物减排方面,需重点针对总磷、总氮、COD、BOD5以及重金属(如铬、砷、汞等)等污染物的排放。再次,本文通过对我国煤炭发电行业水足迹的分析验证了所构建的模型在中观(行业)层次上应用的可行性,并分析了其时间序列波动的特征和原因,为我国煤炭发电行业的全过程水资源消耗和水环境污染的管控提供了相关参考性信息。我国煤炭发电行业的水足迹影响对人体健康损伤在2006-2015年间不断增加,于2013年达到峰值后开始下降,但截至2015年总体上仍上升了 47.3%。而由于二氧化硫、COD和总氮排放的削减,此期间生态系统质量损伤削减了 26.0%。2015年我国实现供电上网1 kWh煤电的水足迹影响对人体健康和生态系统质量的损伤分别在 1.2×10-8 至 2.3×10-8 DALY 和 4.0×10-4 至 7.5×10-4 PDF.m2.yr 之间。对于人体健康损伤,其主要来自于原煤开采和洗选、运输、固体废弃物处置、原油和化学品生产等间接过程排放的砷、铬重金属以及燃煤电厂发电阶段汞排放所导致的致癌性和致癌性影响。生态系统质量的损伤主要来自于上述间接过程的淡水生态毒性和水体富营养化足迹以及燃煤电厂二氧化硫排放导致的酸性化足迹。但作为水足迹影响关键物质的总磷和重金属排放的削减并不显著,因此国家在进行总量控制时,建议加入总磷和重金属排放指标,同时增加原煤入选率以降低汞等污染物和运输过程的水足迹影响。但这与坑口电厂及“西电东送”工程的建设均存在进一步加剧我国主要煤电生产基地水资源短缺的现状的问题,因此在煤炭发电行业发展过程中,应综合考虑区域水资源承载能力,严格限制煤电产业的规模,尤其在水资源严重短缺的区域,建议发展低耗水的清洁能源。此外,为进一步削减煤炭运输过程的水足迹影响,建议用铁路运输和船运的方式。此外,本文通过对我国工业废水水足迹的分析验证了所构建的模型在宏观(区域/国家)层次上应用的可行性,并分析了其时空演变规律,为我国工业废水排放的全过程控制和精准管理提供了理论依据和数据参考。在1992-2015年间,我国工业废水排放的水足迹整体呈现下降趋势,其中人体健康损伤下降了89.84%。但由于2000年以后氨氮列入统计且其为对生态系统质量损伤贡献最为突出的污染物,生态系统质量损伤呈现先大幅上升后下降的趋势,这说明对氨氮的控制是必要的和有效的。我国工业废水排放的水足迹影响与工业产值增长之间的关系总体上属于较为理想的状态,即在保持经济增长的同时,较为有效的抑制了工业废水排放对水环境的影响,但部分年份仍出现高于经济增速的水足迹影响,仍需加强治理和管理工作以防出现反弹。对于人体健康损伤,非致癌性影响高于致癌性影响,而对于生态系统质量损伤,水体富营养化和酸性化足迹的贡献较为显著。若要控制人体健康损伤,需重点控制有色金属矿采选业、化学原料和化学制品制造业和有色金属冶炼及延压加工业的砷排放以及金属制品业六价铬排放。而生态系统质量损伤的控制建议重点针对上述四个工业部门及农副食品加工业、造纸及纸制品业、纺织业、石油加工、炼焦和核燃料加工业、食品制造业和酒、饮料和精制茶制造业等工业部门COD和氨氮的排放。同时,在进行水环境管理时需考虑空间差异性以提升水足迹影响削减效率,如在东部的江苏、广东等废水排放量突出的地区需加强工业废水的循环利用,而在西北部等每吨废水排放的水足迹影响突出的地区则建议一步提升其工业行业清洁生产水平以实现污染物的减排。对于单位水足迹影响和废水排放均较为突出的湖北、湖南、河南、江西等省份需重点关注并同时采取上述举措,并推动产业结构的转型升级。综上所述,本文采用生命周期评价方法构建了一个具有广泛应用性的本土化全过程水足迹影响评价模型,并采用微观、中观、宏观多个层次上不同地理区域或时间尺度内的案例分析验证了该模型多维度应用的可行性与可靠性。在对模型进行修正的同时,为我国工业行业导致的水资源消耗和水环境污染的源头预防、全过程控制和高效治理提供理论、数据和决策支持。同时,还可以其他国家或行业开展生命周期水足迹评价提供理论支持和实践经验。本研究的创新点主要包括:(1)创建了符合ISO 14046国际标准的全过程水足迹影响评价模型,并综合考虑了污染物释放经由多介质对水环境的影响,同时剔除了与水环境无关的摄入途径;(2)在国际上首创了集水稀缺影响、水污染生态与健康风险量化为一体的且适用于我国国情的全过程水足迹量化模型;(3)实现了企业和行业层面的工业系统的水足迹应用分析。