基于生態(tài)足跡模型的貴州省水資源可持續(xù)利用分析

吳全志, 蘇喜軍, 龍林玲

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045； 2.北京工商大學(xué)，北京 100000)

EFI=N·efI=N·γw·(WI/pw),

I=i1+i2+i3。

EC=N·ec=ψ·γw·[(1-0.6)·Q/pw]。

ψ=v/vg。

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基于生態(tài)足跡模型的貴州省水資源可持續(xù)利用分析

吳全志, 蘇喜軍, 龍林玲

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045； 2.北京工商大學(xué)，北京 100000)

基于生態(tài)足跡理論，利用2000—2013年貴州省水資源數(shù)據(jù)，構(gòu)建水資源生態(tài)足跡和水資源生態(tài)承載力模型，對(duì)貴州省水資源可持續(xù)利用進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：貴州省水資源生態(tài)盈余，但盈余下行壓力大；水資源生態(tài)承載力變化幅度大且受水資源總量的影響大；歷年水資源人均生態(tài)足跡變化幅度小，保持在0.43 hm2/人左右；工業(yè)用水人均生態(tài)足跡上升幅度明顯，2000—2011年間上浮137.5%，2011年后有所回落；生活和農(nóng)業(yè)用水人均生態(tài)足跡變化幅度小，分別保持在0.06、0.12 hm2/人左右；萬元GDP水資源生態(tài)足跡逐年下降，水資源利用效率有所提高。

水資源;生態(tài)足跡;生態(tài)承載力;貴州省

生態(tài)足跡是指為滿足某一區(qū)域人們正常生產(chǎn)、生活，該地區(qū)所提供的資源和吸納這一區(qū)域人們產(chǎn)生的廢棄物所需的生物生產(chǎn)性土地面積或水域面積[1]。生態(tài)足跡一般分為6種，即水資源生態(tài)足跡、林地生態(tài)足跡、耕地生態(tài)足跡、牧地生態(tài)足跡、建設(shè)用地生態(tài)足跡和碳用地生態(tài)足跡。計(jì)算生態(tài)足跡時(shí)，將區(qū)域內(nèi)人類對(duì)產(chǎn)品的消費(fèi)轉(zhuǎn)換成6種生物生產(chǎn)性的土地面積(包括水資源用地、林地、耕地、牧地、建設(shè)用地和碳足跡用地)，再與自然承載力相比較，對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià)。水資源生態(tài)足跡是6種生態(tài)足跡之一，用來評(píng)價(jià)一定區(qū)域內(nèi)水資源利用的可持續(xù)性。

隨著人們對(duì)水資源關(guān)注度的不斷提高，我國學(xué)者開始研究水資源生態(tài)足跡。從整體角度上：譚秀娟等[2]對(duì)1949—2007年中國水資源生態(tài)足跡進(jìn)行了整體的評(píng)價(jià)和預(yù)測，指出我國人均水資源生態(tài)赤字逐漸擴(kuò)大，并在未來4 a內(nèi)維持?jǐn)U大的態(tài)勢；張軍等[3]對(duì)黑河流域水資源生態(tài)足跡進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，指出黑河流域生態(tài)承載力受降水量的影響大，開發(fā)潛力小。從省域角度上：張義等[4]對(duì)水資源生態(tài)足跡模型進(jìn)行了改進(jìn)，指出廣西省水資源處于嚴(yán)重不安全狀態(tài)；王文國等[5]利用水資源生態(tài)足跡模型，從時(shí)空的層面上分析了四川省水資源的可持續(xù)利用狀況，指出四川省水資源生態(tài)盈余，可持續(xù)利用狀況較好。從市域角度上：王儉等[6]利用生態(tài)足跡模型分析了沈陽市水資源可持續(xù)利用狀況，指出沈陽市水資源赤字?jǐn)U大，水資源處于不可持續(xù)狀態(tài)；劉子剛等[7]分析了湖州市水資源可持續(xù)狀況，指出水資源生態(tài)盈余，但波動(dòng)較大。目前，水資源生態(tài)足跡的研究主要集中在中東部地區(qū)，對(duì)于廣大的中國西部地區(qū)，特別是亞熱帶海拔較高的西南地區(qū)研究較少。

貴州省近幾年發(fā)展迅速，2015年GDP增速全國第三，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)水資源的可持續(xù)利用提出了更高的要求，水資源成為制約其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一。筆者利用2000—2013年貴州省水資源的數(shù)據(jù)，構(gòu)建了含3個(gè)子賬戶(農(nóng)業(yè)用水賬戶、工業(yè)用水賬戶、生活用水賬戶)的水資源生態(tài)足跡和水資源生態(tài)承載力模型并進(jìn)行計(jì)算和分析，為貴州省有關(guān)部門更精確地研究、制定水資源可持續(xù)開發(fā)政策提供決策參考。

1 研究區(qū)概況

貴州省地處我國云貴高原，境內(nèi)多山地、丘陵，西部海拔較高，東部海拔較低，也是我國喀斯特地貌分布最廣泛的地區(qū)。外部東抵湖南、西抵云南、南連廣西、北接四川和重慶。內(nèi)部轄6個(gè)地級(jí)市、3個(gè)少數(shù)民族自治州、2個(gè)直管縣，全省2000—2013年常住人口(3 400～3 900)萬人，土地面積176 167 km2。

從降水量上看：貴州省降水豐富，且多集中在夏季，2000—2013年年平均降水量為1 143 mm，降水量在各行政區(qū)劃中分布比較均勻。按人均計(jì)算，貴州省水資源人均占有量為2 592 m3，而我國水資源人均占有量為2 300 m3，超出全國水資源人均占有量292 m3。

從蓄水量上看：截至2014年，在全省大中型水庫中，長江流域有大型水庫16座，中型水庫58座；珠江流域有大型水庫6座，中型水庫28座。兩流域大型水庫年末蓄水量137.00億m3，中型水庫年末蓄水量81.83億m3。

2 研究方法

2.1 水資源生態(tài)足跡模型的構(gòu)建

在Wackernagel水資源生態(tài)足跡模型的基礎(chǔ)上，將貴州省水資源賬戶設(shè)置為工業(yè)用水足跡、農(nóng)業(yè)用水足跡、生活用水足跡3個(gè)水資源子賬戶。在水資源賬戶分類時(shí)，許多學(xué)者會(huì)考慮生態(tài)用水，但在貴州省生態(tài)用水量僅占年平均總用水量的0.56%(生態(tài)用水有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以來)，對(duì)水資源生態(tài)足跡的影響微乎其微，故未將其單獨(dú)分類。貴州省水資源生態(tài)足跡計(jì)算模型可表示為[8]：

EFI=N·efI=N·γw·(WI/pw),

(1)

I=i1+i2+i3。

式中：EFI為區(qū)域水資源總生態(tài)足跡，hm2；N為區(qū)域內(nèi)人口數(shù)量；efI為區(qū)域內(nèi)水資源人均生態(tài)足跡，hm2/人；γw為水資源全球均衡因子；WI為人均消耗的水資源總量，m3/人；pw為水資源全球平均生產(chǎn)能力，m3/hm2；i1、i2、i3分別為農(nóng)業(yè)用水足跡賬戶、工業(yè)用水足跡賬戶、生活用水足跡賬戶。

3個(gè)子賬戶的公式集可表示為：

(2)

式中：EFi1、EFi2、EFi3分別為區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水的生態(tài)足跡，hm2；efi1、efi2、efi3分別為區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水的人均生態(tài)足跡，hm2/人；Wi1、Wi2、Wi3分別為人均農(nóng)業(yè)用水量、人均工業(yè)用水量、人均生活用水量，m3/人。

2.2 水資源承載力模型的構(gòu)建

水資源承載力在生態(tài)足跡模型中可被定義為：某一時(shí)段某一區(qū)域內(nèi)，在維持該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)良性發(fā)展的前提下，水資源能夠提供的最大生態(tài)服務(wù)能力[9]。水資源生態(tài)承載力計(jì)算模型可表示為：

EC=N·ec=ψ·γw·[(1-0.6)·Q/pw]。

(3)

式中：EC為區(qū)域內(nèi)水資源承載力，hm2；N為區(qū)域內(nèi)人口數(shù)；ec為區(qū)域內(nèi)水資源人均承載力，hm2/人；ψ為水資源產(chǎn)量因子；Q為區(qū)域內(nèi)水資源總量，m3。在計(jì)算水資源承載力時(shí)，需要扣除60%的水資源量，用于維持該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展[10]。

2.3 相關(guān)參數(shù)的確定

2.3.1 水資源全球均衡因子

生產(chǎn)性土地的種類不同，單位面積的生產(chǎn)力是不一樣的，無法將它們進(jìn)行比較。因此，需要計(jì)算水資源全球均衡因子，將其作為權(quán)重，則水資源土地面積可以與其他類生物生產(chǎn)性土地面積進(jìn)行比較和轉(zhuǎn)化。為了能夠進(jìn)行比較，本文選取研究者采用較多的由世界自然基金會(huì)2002年核算的全球水資源均衡因子γw=5.19[11]。

2.3.2 水資源產(chǎn)量因子

即使是同類生產(chǎn)性土地，不同區(qū)域內(nèi)水資源生產(chǎn)能力也是不相同的，水資源產(chǎn)量因子作為另一個(gè)權(quán)重因子，可以把不同地區(qū)水資源供給能力因素納入計(jì)算系統(tǒng)中進(jìn)行比較。水資源產(chǎn)量因子的計(jì)算公式為：

ψ=v/vg。

(4)

式中：v為該區(qū)域單位面積產(chǎn)水量，m3/hm2；vg為全球單位面積產(chǎn)水量，m3/hm2。

根據(jù)式(4)計(jì)算得出貴州省水資源產(chǎn)量因子ψ=1.72。

2.3.3 水資源全球平均生產(chǎn)能力

水資源全球平均生產(chǎn)能力是指全球每單位面積的生物生產(chǎn)性土地產(chǎn)生水的能力。在同一時(shí)段內(nèi)，地表和地下水資源總量扣除二者重復(fù)計(jì)算量后與該區(qū)域面積的比值，為水資源全球平均生產(chǎn)能力。經(jīng)計(jì)算，得出水資源全球平均生產(chǎn)能力pw=3 140 m3/hm2[12]。

2.4 數(shù)據(jù)來源

貴州省水資源總量、水資源用量(包括農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量、生活用水量)、水利基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量來源于《2001—2014年貴州省水資源公報(bào)》，貴州省人口數(shù)和GDP來源于《2001—2014年貴州省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3 結(jié)果與分析

3.1 貴州省水資源生態(tài)承載力

貴州省2000—2013年水資源人均生態(tài)承載力與水資源人均生態(tài)足跡如圖1所示。

圖1貴州省歷年水資源人均生態(tài)承載力、水資源人均生態(tài)足跡

由圖1可知： 2011年貴州遭遇旱災(zāi)，水資源人均生態(tài)承載力偏離正常水平，降低到2.06 hm2/人；排除極端天氣對(duì)水資源的影響，水資源人均生態(tài)承載力為2.39～3.89 hm2/人。人均生態(tài)承載力可分為3個(gè)階段：2000—2005年為快速下降階段，水資源人均生態(tài)承載力6 a間下降38.56%；2006—2008年為迅速拉升階段，水資源人均生態(tài)承載力回升33.05%；2009—2013年為緩慢下降階段，水資源人均生態(tài)承載力下降31.65%(排除2011年)，水資源人均生態(tài)承載力變動(dòng)幅度大，而且有總體下降的趨勢，且受水資源總量影響大，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.964。

3.2 貴州省水資源人均生態(tài)足跡

2000—2013年貴州省水資源人均生態(tài)足跡為0.21～0.26 hm2/人，最大值和最小值之差僅為0.05 hm2/人，說明貴州省水資源人均生態(tài)足跡總體平穩(wěn)，波動(dòng)幅度不大。

圖2為2000—2013年貴州省水資源賬戶人均生態(tài)足跡。

圖2 2000—2013年貴州省水資源賬戶人均生態(tài)足跡

從圖2中可以看出，2000—2013年間農(nóng)業(yè)用水人均生態(tài)足跡和生活用水人均生態(tài)足跡變化較小，總體持平；2011年受旱災(zāi)影響，農(nóng)業(yè)用水和居民生活用水得不到保證，農(nóng)業(yè)用水人均生態(tài)足跡和生活用水人均生態(tài)足跡都大幅度下降，說明氣象、水文、植被等自然因素對(duì)農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡和生活用水生態(tài)足跡影響很大；而在2009—2010年國家全面調(diào)整水價(jià)，在水價(jià)上調(diào)的情況下，農(nóng)業(yè)用水人均生態(tài)足跡基本平穩(wěn)，生活用水人均生態(tài)足跡小幅上升，說明農(nóng)業(yè)用水和生活用水存在剛需，受水價(jià)等經(jīng)濟(jì)因素影響較小。

工業(yè)用水人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)上升勢態(tài)，2000—2011年間上升137.5%，2011年曾一度接近農(nóng)業(yè)用水人均生態(tài)足跡，2012年卻又降到了0.12 hm2/人，2013年又有小幅回升，達(dá)到0.13 hm2/人。這是由于2009—2010年國家全面調(diào)整水價(jià)造成的，貴州省2010年上半年完成水價(jià)調(diào)整，在經(jīng)過企業(yè)一段時(shí)間調(diào)整期后，根據(jù)貴州省統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2012年工業(yè)用水效率大幅提高，工業(yè)、企業(yè)重復(fù)用水率比2011年提高26.7%，達(dá)到81.53億m3。在2011年旱災(zāi)的情況下，工業(yè)用水人均生態(tài)足跡依然達(dá)到了最高值0.19 hm2/人，說明工業(yè)用水生態(tài)足跡對(duì)短期性自然因素的影響不敏感，而對(duì)水價(jià)等經(jīng)濟(jì)因素的影響比較敏感。

3.3 水資源人均生態(tài)盈余/赤字分析

水資源人均生態(tài)盈余/赤字是將水資源人均生態(tài)足跡和水資源人均承載力相比較得到的，用來評(píng)價(jià)一定地區(qū)水資源可持續(xù)利用的情況。貴州省水資源人均生態(tài)盈余/赤字情況如圖3所示。

圖3 貴州省水資源人均生態(tài)盈余和盈余趨勢圖

由圖3可知：2000—2013年貴州省水資源人均生態(tài)足跡的供給都是大于需求的(水資源生態(tài)盈余)；貴州省水資源人均生態(tài)足跡波動(dòng)幅度不大，總體平穩(wěn)，且都小于水資源人均生態(tài)承載力，水資源人均生態(tài)盈余主要是由水資源人均承載力刻畫；水資源人均生態(tài)盈余為2.01～3.54 hm2/人(排除2011年)，年均水資源生態(tài)盈余為2.60 hm2/人。這表明貴州省的水資源滿足居民生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，水資源生態(tài)仍有滿足發(fā)展需求的空間。但是，貴州省水資源人均生態(tài)盈余下行趨勢壓力較大，隨著貴州省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)水資源需求越來越大，特別是工業(yè)用水量和排污量逐年增加。工業(yè)用水人均生態(tài)足跡上升是水資源人均生態(tài)盈余下行的主要原因。

3.4 貴州省用水效益分析

評(píng)價(jià)貴州省用水效益，是利用萬元GDP水資源生態(tài)足跡作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的。萬元GDP水資源生態(tài)足跡是指一定區(qū)域內(nèi)水資源生態(tài)足跡(EFI)與該區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的比值[13]。EFI/GDP的值越小，說明水資源利用效率越高；EFI/GDP的值越大，說明水資源利用效率越低。貴州省萬元GDP水資源生態(tài)足跡如圖4所示。

圖4 貴州省萬元GDP水資源生態(tài)足跡

由圖4可以看出，貴州省EFI/GDP的值逐年降低，從2000年的1.35 hm2/萬元，下降到2013年的0.19 hm2/萬元，下降了85.93%。貴州省在水資源利用效率上取得了可喜的成績，減少了水資源的不合理消耗，為生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

但筆者在能夠查閱到的數(shù)據(jù)中，考慮年限、計(jì)算方法和均衡因子選取的一致性，將貴州省萬元GDP水資源生態(tài)足跡和一些發(fā)達(dá)省份相比較(浙江省2013年0.034 hm2/萬元[14]、遼寧省2012年0.091 8 hm2/萬元[15]、廣東省2011年0.133 6 hm2/萬元[16])，貴州省在水資源利用效率上仍有一定的差距。

4 結(jié)論與討論

1)貴州省2000—2013年水資源人均生態(tài)盈余，但水資源人均生態(tài)盈余逐漸縮小，從2000年的3.54 hm2/人下降到2013年的2.01 hm2/人。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水資源利用量逐步提高，將會(huì)面臨更大的水資源利用壓力。水資源人均生態(tài)承載力受自然因素影響大，與水資源總量相關(guān)性高，水資源總量又受到水利工程蓄水能力的影響。2011年，旱災(zāi)造成水資源人均生態(tài)承載力大幅下降(比上年下降34.33%)，凸顯出貴州省水利工程的匱乏，蓄水能力弱。

2)貴州省農(nóng)業(yè)用水人均生態(tài)足跡常年保持在0.23 hm2/人，高于工業(yè)用水和生活用水人均生態(tài)足跡，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的50%以上；工業(yè)用水人均生態(tài)足跡逐年上升，從2000年的0.083 1 hm2/人到2013年的 0.127 5 hm2/人，增幅達(dá)到137.5%；生活用水人均生態(tài)足跡常年保持在0.067 hm2/人左右?？梢钥闯?，對(duì)貴州省水資源人均生態(tài)足跡帶來上行壓力的主要是農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡和工業(yè)用水生態(tài)足跡。

3)貴州省EFI/GDP的值逐年下降，說明水資源利用效率有一定提高。主要因?yàn)椋孩倏萍嫉倪M(jìn)步減少了水資源消耗；②產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，高耗水的農(nóng)業(yè)占GDP比重由2000年的27.2%下降到12.9%；但水資源利用效率與發(fā)達(dá)省份相比還有一定差距，利用效率仍有待提高。

4)根據(jù)以上分析，為了保證貴州省水資源的可持續(xù)利用，應(yīng)采取如下措施：①嚴(yán)格控制總用水量，嚴(yán)把高耗水、低效益項(xiàng)目的準(zhǔn)入關(guān)口；規(guī)范取水許可審批，不得隨意取水，不得擅自改變用水計(jì)劃。②重視水利設(shè)施的投入，提升區(qū)域控水能力，預(yù)防自然災(zāi)害，保障人民用水安全。③加強(qiáng)農(nóng)業(yè)、工業(yè)節(jié)水設(shè)施的建設(shè)。在農(nóng)業(yè)方面，積極發(fā)展高效節(jié)水灌溉和旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)；在工業(yè)方面，加大國家節(jié)水技術(shù)推廣和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)貫徹執(zhí)行力度。④提高用水效率，加強(qiáng)水資源費(fèi)征收管理，提高節(jié)水意識(shí)，根據(jù)各地區(qū)水資源自然稟賦情況進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用。

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(責(zé)任編輯：喬翠平)

Analysis of Sustainable Utilization of Water Resources in Guizhou Province Based on Ecological Footprint Model

WU Quanzhi1, SU Xijun1, LONG Linling2

(1.North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;2.Beijing Technology and Business University, Beijing 100000, China)

According to the basic theories of ecological footprint, the models of ecological footprint and ecological capacity of water resources were constructed utilizing the data of water resources from 2000 to 2013 to evaluate sustainable utilization of water resourcs in Guizhou Province. Results show： water resources in Guizhou Province belong to ecological surplus, but the downward pressure of ecological surplus is great; the change of ecological carrying capacity of water resources is large, and the ecological carrying capacity of water resources is influenced by the total amount of water resources; the per capita ecological footprint of water resources has changed little in the past years and keeps about 0.43 hm2/cap; the per capita ecological footprint of industrial water rises significantly, and rises by 137.5% from 2000 to 2011, but falls after 2011;the per capita ecological footprint of domestic and agricultural water has changed little, and which remains about 0.06 hm2/cap and 0.12 hm2/cap respectively; water resources ecological footprint per ten thousand yuan GDP declines, and the water use efficiency increases.

water resources; ecological footprint; ecological carrying capacity; Guizhou Province

2015-12-07

吳全志(1991—),男,貴州安順人,碩士研究生,主要從事區(qū)域經(jīng)濟(jì)方面的研究。 E-mail：effortzhi@163.com。

蘇喜軍(1964—),男,河南南陽人,教授,碩導(dǎo),主要從事區(qū)域經(jīng)濟(jì)方面的研究。E-mail：suxijun@ncwu.edu.cn。

10.3969/j.issn.1002-5634.2016.03.007

TV213.9

A

1002-5634(2016)03-0036-05