团队研究生李伟论文被Journal of Cleaner Production接收

近日，湿地生态与环境研究团队2022级硕士研究生李伟在揭示虚拟水贸易对实体水权交易及水资源管理系统的影响机理研究上取得进展。以“Coupling virtual and physical water optimization:a bi-level stochastic model for basin water scarcity mitigation”为题的论文被国际期刊Journal of Cleaner Production（中科院一区TOP ，IF = 10）接收。青岛大学为第一作者单位，李伟硕士为第一作者，团队张俊龙副教授为通讯联系人。此研究得到了山东省自然科学基金(ZR2024ME242)、水资源工程与管理国家重点实验室客座研究员基金项目(2024SWG06)、中国-斯里兰卡水技术联合研究示范中心项目、山东省高校青年创新团队发展规划项目(2022KJ147)的资助。

本研究以青岛市大沽河流域为研究区域，提出了一种耦合虚拟水贸易与实体水交易的双层随机水管理模型（BS-VPWO），旨在揭示水权交易机制对虚拟水输出区域的影响，深入剖析虚拟水贸易对实体水权交易及水管理系统的作用机理，进而获得水权交易与虚拟水贸易的最优机制，并生成虚拟水最优贸易方案。结果表明：（1）虚拟水贸易对水权交易的影响：在特枯年份，高污染的畜禽业用户倾向于通过输入虚拟水来减少取水、降低水质风险，从而释放高效企业的水权需求与生产潜力。此时，虚拟水贸易借助水质控制系统激发了水权交易市场的活力。从多年平均来看，虚拟水净输出使农业部门的水权供应量减少[34.66, 35.63]%，使企业需水量减少[35.94, 36.63]%；虚拟水贸易通过调控供需过程使水权交易量下降[34.99, 37.82]%。（2）水权交易及虚拟水贸易对用水量的影响：水权交易使预期总用水量增加[3.94, 3.98]%，虚拟水贸易使其增加[3.12, 3.17]%。虚拟水贸易通过减少污染物排放以及用于维持水质所需的地表水需求，提高了地表水消耗比例；虚拟水贸易能够优化用水结构，防止流域内地下水过度开采。（3）水权交易及虚拟水贸易对缺水的影响：无水权交易时，缺水区域通过输入虚拟水降低了缺水量，而水资源富余区域则因输出虚拟水导致缺水量上升。引入水权交易后，部分用水效率较高的虚拟水输出河区从水资源充裕但用水效率较低的河区购买水权，从而缓解了自身的水资源短缺问题，缺水量反而下降。水权交易机制通过市场交易实现水资源的跨区域流动，进而减轻虚拟水输出带来的水资源压力。耦合实体水权交易与虚拟水贸易后，整体水资源短缺量减少[6.05, 6.16] × 10⁶ m³。（4）大沽河流域虚拟水贸易最优策略：输出虚拟水的河区优先选择水资源相对丰富的区域，以使流域水资源得到充分利用。输入虚拟水的河区通常包含高污染负荷的畜禽业用户，从而使流域整体污染排放得到抑制；在水质控制系统的约束下，用于维持水质的水资源需求相应降低，这增加了可利用水资源的供给量，进而使更多水资源能够用于高效生产活动。（5）水权交易和虚拟水贸易对系统效益与效率的影响：水权交易使系统效益提高[0.56, 0.57]%，效率提高[0.15, 0.16]%；虚拟水贸易使系统效益提高[4.06, 4.07]%，效率提高[0.35, 0.41]%；两种机制共存时，系统效益增加[5.01, 5.03]%，效率提高[0.35, 0.45]%。因此，虚拟水贸易与水权交易的耦合机制是实现流域内外水资源高效利用的最优机制。

Figure 1 Frameworkof BS-VPWO

Figure 2 Watershortage volume in four counties and sixteen river areas [(a) NTNV mechanism,(b) NTV mechanism, (c) TNV mechanism, (d) TV mechanism]