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摘 要：本文应用灰水足迹概念将天津市2005—2013年间工业、生活及农业领域产生的污染物以计算稀释这些这些污染物所需要的淡水量来进行量化，初步估计水污染程度。研究表明：①天津市2013年的灰水足迹为55.5亿立方米，是水资源总量的3.8倍。②天津市灰水足迹从2008年开始逐年降低。
关键词：灰水足迹；水资源；天津市
1 引言
我国一直以来高度重视水资源危机问题，在对水污染评价方面有很多重要的方法。现如今灰水足迹的方法的应用在水污染领域的研究中有较大程度突破了[1-2]。
在2008年，灰水足迹由Hoekstra和Chapagain首次提出提出[1]。灰水足迹从水量—水质关系的角度评价水污染程度。国内外的灰水足迹研究主要集中在两个方面，即评价农业产品的灰水足迹与评价农业产品的灰水足迹[3]。国内有研究，应用灰水足迹的评价方法估计了北京市水污染程度[3]。天津同北京相似，也属于严重的资源型缺水地区。本文将采用同样方法，评价天津市水污染程度。
2 研究方法与数据的收集
2.1 灰水足迹
灰水足迹的计算和评价，目前只要以《水足迹评价手册》为指导，他是国际水足迹网络出版的[1]。污染物经过稀释，并达到水质标准所需淡水量，以此作为量化，公式如下：
其中，WFgrey用来表示灰水足迹，L则代表污染物排放负荷，Cmax是用来指代达到目前环境水质标准情况的，污染物的最高浓度，Cnat则表示受纳水体的自然本体浓度。
2.2 生活和工业方面灰水足迹的计算
工业和生活领域一般在用水工程中产生的污染属于电源污染[4]。工业和生活领域的灰水足迹采用公式（1）进行计算。对于工业领域和生活领域，化学需氧量（COD）是其中含量最多的物质[5]，所以本研究使用COD的量化作为指标计算此方面的灰水足迹的值。
2.3 农业方面灰水足迹的计算
农业方面以面源污染为主[6]。对于农业领域通常采用氮元素作为灰水足迹的衡量指标[7]，氮肥淋失率即是这类固定值。公式如下：
其中，WFagr-grey为农业领域的灰水足迹，变量Appl表示施用的化学物质量，α表示氮肥淋失率。
2.4 地区的灰水足迹
由于生活和工业的灰水足迹可以两项可叠加。而氮元素是农业部门的指标。氮元素和COD，其中值大的指标就可以被认为是该地区的灰水足迹，公式如下：
2.5 剩余灰水足迹
一段时间t内累积的剩余灰水足迹（AWFgrey）可采用以下公式进行计算：
2.6 数据的收集
本研究的指导标准是《地表水环境质量标准基本项目标准限值》（GB 3838—2002）[8]，采用相应的水体所含物质浓度标准Cmax=0.002kg/m3。硝态氮为农业中氮肥的主要淋失主要成分[9-10]，硝酸盐的标准浓度限值为10 mg/L为依据。Cnat常假设为0 mg/L。
《天津市环境状况公报》[5]和《中国统计年鉴》[11]可提供2005-2013年间生活和工业发方面的处理废水中COD的量以及氮肥施用量。由于天津属于华北地区，所以，氮肥淋失率为年均7.4%[12]。
同时，天津市水务局《天津市水资源公报》提供了2005—2013年天津市水资源量和用水量[13]。2005—2009年天津市符合Ⅲ类以上（包括类Ⅲ类）水质标准河道水的比例数据也来自于此。
3 结果分析
3.1 天津市的灰水足迹情况
天津市2013年生活领域的灰水足迹为42.5×108m3，农业领域的灰水足迹为14.6×108m3；工业领域的灰水足迹为13×108m3。2005—2013年间，农业领域灰水足迹较为稳定；工业领域灰水足迹在2008年急剧减少；生活领域灰水足迹从2010年开始逐渐减少（图1）。
3.2 灰水足迹、水资源与用水量
2005—2013年，天津市对应年份的水资源量远小于灰水足迹，用水量除2012年外都大于水资源量。就2013年来说，灰水足迹为55.5亿立方米，即需要55.5亿立方米的淡水稀释污染物。而全市水资源总量为14.64亿立方米，入境水量为29.12億立方米，用水量为23.7560亿立方米，只依靠水资源稀释污染物比较困难。
3.3 天津水污染分析
天津市灰水足迹的趋势是自2008年开始降低，但是该地区的地表水的水质还在恶化，并没有好转。符合Ⅲ类以上（包括Ⅲ类）水质标准的河道水达标率不稳定，原因是水资源量一直是小于该地区的灰水足迹的，其中的污染物不能被有效稀释，导致每年剩余灰水足迹都为正值，剩余灰水足迹累积。
4结论和讨论
研究结果表明：
（1）2013年天津市的灰水足迹为55.5亿立方米，是水资源总量的3.8倍。
（2）天津市灰水足迹从2008年开始逐年降低。
（3）虽然灰水足迹在下降水体水质达标率却下降了。
综上所述，2012年天津市人均灰水足迹为580m3，2013年天津市人均灰水足迹为555.8m3，相对2012年有所减少，但数值仍旧较大，即水污染问题依旧严峻。
参考文献
[1] Hoekstra A Y，Chapagain A K.Globalization of Water：Sharing the Planet’s Freshwater Resources [M].Oxford：Black-well Publishing，2008.
[2] Hoekstra A Y，Chapagain A K，Aldaya M M，et al.The water footprint Assessment Manual：Setting the Global Standand [M].London，UK：Eathscan，2011.
[3] 曾昭，刘俊国.北京市灰水足迹[J].自然资源学报，2013，28（7）：1170-1178.
[4] Hill M S.Understanding Environmental Pollution [M].Cambridge，U K：Cambridge University Press，1997.
[5] 天津环保局.天津市环境状况公报[R].2005-2013.
[6] Novony V，Olem H.Water Quality：Prevention，Identification，and Management of Diffuse Pllution [M].New York：Van Nostrand Reinhold Company，1993.
[7] 程存旺，石嫣，温铁军.氮肥的真实成本[R].绿色和平报告，2010.
[8] GB 3838—2002，中华人民共和国国家标准——地表水环境质量标准[S].北京：中国标准出版社，2002.
[9] 袁锋明，陈子明，姚造华等.北京地区潮土表层中NO3-N的转化积累及其淋洗损失[J].土壤学报，1995，32（4）：388-399.
[10] 陈利顶，傅伯杰.农田生态系统管理与非点源污染控制[J].环境科学，2000，21（2）：98-100.
[11] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2005-2013.
[12] Ju X，Xing G，Chen X，et al.Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinses agricultural systems [J]，PNAS，2009，106：3041-3046.
[13] 天津市水务局.北京市水资源公报[R].2005-2013.
（作者单位：天津师范大学地理与环境科学学院）
关键词：灰水足迹；水资源；天津市
1 引言
我国一直以来高度重视水资源危机问题，在对水污染评价方面有很多重要的方法。现如今灰水足迹的方法的应用在水污染领域的研究中有较大程度突破了[1-2]。
在2008年，灰水足迹由Hoekstra和Chapagain首次提出提出[1]。灰水足迹从水量—水质关系的角度评价水污染程度。国内外的灰水足迹研究主要集中在两个方面，即评价农业产品的灰水足迹与评价农业产品的灰水足迹[3]。国内有研究，应用灰水足迹的评价方法估计了北京市水污染程度[3]。天津同北京相似，也属于严重的资源型缺水地区。本文将采用同样方法，评价天津市水污染程度。
2 研究方法与数据的收集
2.1 灰水足迹
灰水足迹的计算和评价，目前只要以《水足迹评价手册》为指导，他是国际水足迹网络出版的[1]。污染物经过稀释，并达到水质标准所需淡水量，以此作为量化，公式如下：
其中，WFgrey用来表示灰水足迹，L则代表污染物排放负荷，Cmax是用来指代达到目前环境水质标准情况的，污染物的最高浓度，Cnat则表示受纳水体的自然本体浓度。
2.2 生活和工业方面灰水足迹的计算
工业和生活领域一般在用水工程中产生的污染属于电源污染[4]。工业和生活领域的灰水足迹采用公式（1）进行计算。对于工业领域和生活领域，化学需氧量（COD）是其中含量最多的物质[5]，所以本研究使用COD的量化作为指标计算此方面的灰水足迹的值。
2.3 农业方面灰水足迹的计算
农业方面以面源污染为主[6]。对于农业领域通常采用氮元素作为灰水足迹的衡量指标[7]，氮肥淋失率即是这类固定值。公式如下：
其中，WFagr-grey为农业领域的灰水足迹，变量Appl表示施用的化学物质量，α表示氮肥淋失率。
2.4 地区的灰水足迹
由于生活和工业的灰水足迹可以两项可叠加。而氮元素是农业部门的指标。氮元素和COD，其中值大的指标就可以被认为是该地区的灰水足迹，公式如下：
2.5 剩余灰水足迹
一段时间t内累积的剩余灰水足迹（AWFgrey）可采用以下公式进行计算：
2.6 数据的收集
本研究的指导标准是《地表水环境质量标准基本项目标准限值》（GB 3838—2002）[8]，采用相应的水体所含物质浓度标准Cmax=0.002kg/m3。硝态氮为农业中氮肥的主要淋失主要成分[9-10]，硝酸盐的标准浓度限值为10 mg/L为依据。Cnat常假设为0 mg/L。
《天津市环境状况公报》[5]和《中国统计年鉴》[11]可提供2005-2013年间生活和工业发方面的处理废水中COD的量以及氮肥施用量。由于天津属于华北地区，所以，氮肥淋失率为年均7.4%[12]。
同时，天津市水务局《天津市水资源公报》提供了2005—2013年天津市水资源量和用水量[13]。2005—2009年天津市符合Ⅲ类以上（包括类Ⅲ类）水质标准河道水的比例数据也来自于此。
3 结果分析
3.1 天津市的灰水足迹情况
天津市2013年生活领域的灰水足迹为42.5×108m3，农业领域的灰水足迹为14.6×108m3；工业领域的灰水足迹为13×108m3。2005—2013年间，农业领域灰水足迹较为稳定；工业领域灰水足迹在2008年急剧减少；生活领域灰水足迹从2010年开始逐渐减少（图1）。
3.2 灰水足迹、水资源与用水量
2005—2013年，天津市对应年份的水资源量远小于灰水足迹，用水量除2012年外都大于水资源量。就2013年来说，灰水足迹为55.5亿立方米，即需要55.5亿立方米的淡水稀释污染物。而全市水资源总量为14.64亿立方米，入境水量为29.12億立方米，用水量为23.7560亿立方米，只依靠水资源稀释污染物比较困难。
3.3 天津水污染分析
天津市灰水足迹的趋势是自2008年开始降低，但是该地区的地表水的水质还在恶化，并没有好转。符合Ⅲ类以上（包括Ⅲ类）水质标准的河道水达标率不稳定，原因是水资源量一直是小于该地区的灰水足迹的，其中的污染物不能被有效稀释，导致每年剩余灰水足迹都为正值，剩余灰水足迹累积。
4结论和讨论
研究结果表明：
（1）2013年天津市的灰水足迹为55.5亿立方米，是水资源总量的3.8倍。
（2）天津市灰水足迹从2008年开始逐年降低。
（3）虽然灰水足迹在下降水体水质达标率却下降了。
综上所述，2012年天津市人均灰水足迹为580m3，2013年天津市人均灰水足迹为555.8m3，相对2012年有所减少，但数值仍旧较大，即水污染问题依旧严峻。
参考文献
[1] Hoekstra A Y，Chapagain A K.Globalization of Water：Sharing the Planet’s Freshwater Resources [M].Oxford：Black-well Publishing，2008.
[2] Hoekstra A Y，Chapagain A K，Aldaya M M，et al.The water footprint Assessment Manual：Setting the Global Standand [M].London，UK：Eathscan，2011.
[3] 曾昭，刘俊国.北京市灰水足迹[J].自然资源学报，2013，28（7）：1170-1178.
[4] Hill M S.Understanding Environmental Pollution [M].Cambridge，U K：Cambridge University Press，1997.
[5] 天津环保局.天津市环境状况公报[R].2005-2013.
[6] Novony V，Olem H.Water Quality：Prevention，Identification，and Management of Diffuse Pllution [M].New York：Van Nostrand Reinhold Company，1993.
[7] 程存旺，石嫣，温铁军.氮肥的真实成本[R].绿色和平报告，2010.
[8] GB 3838—2002，中华人民共和国国家标准——地表水环境质量标准[S].北京：中国标准出版社，2002.
[9] 袁锋明，陈子明，姚造华等.北京地区潮土表层中NO3-N的转化积累及其淋洗损失[J].土壤学报，1995，32（4）：388-399.
[10] 陈利顶，傅伯杰.农田生态系统管理与非点源污染控制[J].环境科学，2000，21（2）：98-100.
[11] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2005-2013.
[12] Ju X，Xing G，Chen X，et al.Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinses agricultural systems [J]，PNAS，2009，106：3041-3046.
[13] 天津市水务局.北京市水资源公报[R].2005-2013.
（作者单位：天津师范大学地理与环境科学学院）