鞍山市水資源生態(tài)足跡核算模型及應(yīng)用分析

汪小力

(海城市水利工程建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督站，遼寧 海城 114200)

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鞍山市水資源生態(tài)足跡核算模型及應(yīng)用分析

汪小力

(海城市水利工程建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督站，遼寧 海城 114200)

隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)化和城市化進(jìn)程日益推進(jìn)，水資源短缺已經(jīng)成為制約城市前進(jìn)的重要問題之一，為優(yōu)化城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)，合理配置城市水資源，應(yīng)加大對(duì)水資源的分析與研究。在科學(xué)技術(shù)日新月異的時(shí)代背景下，水資源研究方法日益增多，極大程度上提升了水資源利用效率，水資源生態(tài)足跡核算模型作為其中典型代表不僅可直接、準(zhǔn)確反映某個(gè)區(qū)域中生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)對(duì)于水資源的影響，還可改善城市水資源的利用情況，實(shí)現(xiàn)水資源的良性循環(huán)。文章以鞍山市為例，重點(diǎn)探究水資源生態(tài)足跡核算模型與其應(yīng)用方式。

生態(tài)足跡核算模型；鞍山市；生態(tài)環(huán)境；水資源

當(dāng)前，中國正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期，城市需水量較大，受到水資源分布不均勻、使用不恰當(dāng)?shù)榷喾N因素影響，水資源使用壓力越來越大，提高水資源利用效率，緩解水資源使用壓力已經(jīng)成為政府部門必須重視的問題。為進(jìn)一步提升水資源的利用效率，研究人員開始重視開發(fā)綜合評(píng)價(jià)方式，具體有灰色系統(tǒng)計(jì)算理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究方式、綜合模糊評(píng)價(jià)研究方式等，每種評(píng)價(jià)方式有自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用范圍，但依舊存在主觀性與不準(zhǔn)確性，為實(shí)現(xiàn)水資源的可循環(huán)利用，研究人員再次提出“水資源生態(tài)足跡核算模型”的概念，其主要是指任何城市或者區(qū)域的居民，在指定時(shí)間段內(nèi)所消費(fèi)或服務(wù)中產(chǎn)生的水資源用地面積，該種模型不僅會(huì)直接影響著水資源的分配，還可將水資源融入經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中，實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展[1]。

1 鞍山市水資源概況

鞍山地處環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)腹地，是沈大黃金經(jīng)濟(jì)帶的重要支點(diǎn)，是遼寧中部城市群與遼東半島開放區(qū)的重要連接帶。其境內(nèi)有大小河流40余條。其中，較大的河流有遼河、渾河、太子河、大洋河、哨子河。前3條為過境河，后2條流源均在岫巖滿族自治縣境內(nèi)。在鞍山境內(nèi)河段長(zhǎng)67.6km，其中海城段31.6km，臺(tái)安段36km，平均河寬140m，流域面積3107km2。根據(jù)相關(guān)資料記載，2014年鞍山市城市居民生活用水約2.4×108m3，日人均生活用水僅0.14m3，說明城市用水量較少。

2 水資源的研究方法

本研究以鞍山市為例，通過建立水資源生態(tài)足跡模型，借助水資源賬戶、水資源用地類型等數(shù)據(jù)[2]，分析其2011—2015年水資源利用情況，具體分為以下幾部分：

2.1 建立水資源區(qū)域生態(tài)盈虧利用模型

為衡量水資源的循環(huán)利用情況，生態(tài)足跡核算模型大多將水資源生態(tài)利用的盈余或者赤字作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)單而言，是統(tǒng)籌水資源區(qū)域的生態(tài)承載力與水資源區(qū)域的生態(tài)足跡之間關(guān)系，建立以下模型：

EDw=EFw-ECw

(1)

模型中EDw>0時(shí)，代表水資源區(qū)域處于赤字狀態(tài)，即水資源的供給小于水資源需求，供不應(yīng)求，需要依靠其他渠道調(diào)水才能滿足居民水資源要求，如果無法從其他渠道調(diào)水，則有可能選擇犧牲生態(tài)環(huán)境，過度開挖水資源，導(dǎo)致區(qū)域中生態(tài)環(huán)境惡化；模型中EDM<0時(shí)，代表水資源區(qū)域處于盈余狀態(tài)，即水資源的供給大于水資源需求，供大于求，說明水資源處于良好循環(huán)狀態(tài)，有利于構(gòu)建和諧的生態(tài)環(huán)境；模型中EDw=0時(shí)，說明水資源的供給處于臨界狀態(tài)，在實(shí)際研究過程中，應(yīng)結(jié)合具體結(jié)果進(jìn)行分析，建立水資源生態(tài)足跡模型與生態(tài)整體承載力的模型。

2.1.1 計(jì)算水資源生態(tài)足跡模型

水資源生態(tài)足跡的計(jì)算需要將區(qū)域中已使用的水資源總量通過公式轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的水資源用地面積，進(jìn)而達(dá)到均衡的狀態(tài)，取得均衡值后，再與其他區(qū)域進(jìn)行比較，計(jì)算公式為：

EFw=efw×N=aw×(W/V)

(2)

式中：EFw為水資源區(qū)域總生態(tài)足跡，hm2；efw為區(qū)域中人均的水資源生態(tài)足跡，hm2·人-1；N為區(qū)域中人口總量，萬人；aw為區(qū)域中水資源世界的均衡因子；W為代表某個(gè)時(shí)間段中已使用的水資源總量，m3；V為水資源在世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)能力，m3·hm-2。

其中aw將不同生物在既定的單位面積中的生產(chǎn)力，轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑澜绶秶鷥?nèi)都可以進(jìn)行對(duì)比的生產(chǎn)面積，受到多種內(nèi)外部因素的影響，該均衡因子數(shù)值會(huì)發(fā)生一定的變化，本研究為減少誤差，直接將值定為5.19，其確定標(biāo)準(zhǔn)為WWF2002。

2.1.2 計(jì)算區(qū)域生態(tài)整體承載力

區(qū)域生態(tài)承載力主要是指在開發(fā)水資源的階段，其能夠滿足區(qū)域需水量的可用水量，要求可用水量可維持區(qū)域中最大生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)，根據(jù)相關(guān)研究資料可知，某區(qū)域最大水資源生態(tài)承載力必須要減去約60%的量，以保護(hù)區(qū)域中生態(tài)環(huán)境，具體的計(jì)算公式為：

ECw=ecw×N=(1-60%)×aw×r×(Q/V)

(3)

式中：ECw為水資源區(qū)域總生態(tài)的承載力，hm2；ecw為區(qū)域中人均的水資源生態(tài)承載力，hm2·人-1；N為區(qū)域中人口總量，萬人；r為水資源的產(chǎn)量因子；Q為某個(gè)時(shí)間段中已使用的水資源總量，m3；V為水資源在世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)能力，m3·hm-2。

其中r同種生物在既定的單位面積中的生產(chǎn)力，轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑澜绶秶鷥?nèi)都可以進(jìn)行對(duì)比的生產(chǎn)面積，在計(jì)算過程中，數(shù)值可取1，為簡(jiǎn)化計(jì)算過程，提升計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠度，可根據(jù)實(shí)際情況重新引入一個(gè)中間量V′， 該中間量代表水資源在區(qū)域中平均生產(chǎn)力，因此，鞍山市的水資源產(chǎn)量因子的計(jì)算公式為：

(4)

式中：r為全球范圍內(nèi)水資源的產(chǎn)量因子；r′為中國范圍內(nèi)水資源的產(chǎn)量因子；r″為中國水資源在全球范圍中的產(chǎn)量因子；V為全球范圍內(nèi)水資源的生產(chǎn)力，m3·hm-2；V′為區(qū)域中水資源的生產(chǎn)力，m3·hm-2。

實(shí)際計(jì)算過程中，中國范圍內(nèi)水資源的產(chǎn)量因子數(shù)值也取1，其平均生產(chǎn)力的公式為：

(5)

式中：V為水資源的生產(chǎn)力，m3·hm-2；Q為某個(gè)時(shí)間段中已使用的水資源總量，m3；S為該計(jì)算區(qū)域的水資源面積，hm2。

2.2 建立用水效率模型

建立用水效率模型需要以生態(tài)足跡核算理論為基礎(chǔ)，統(tǒng)籌區(qū)域中GDP指標(biāo)與生態(tài)足跡，形成“萬元GDP水資源區(qū)域生態(tài)足跡”這一全新的衡量指標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算區(qū)域中水資源的使用效率，具體計(jì)算公式為：

(6)

2.3 研究數(shù)據(jù)

研究數(shù)據(jù)來源于遼寧省鞍山市水利局、政府門戶網(wǎng)站與《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》，根據(jù)以上公式，可計(jì)算出鞍山市當(dāng)前在遼寧省內(nèi)、國內(nèi)水資源本身生產(chǎn)力仍有待提升，鞍山市面臨著嚴(yán)峻的水資源短缺問題[3]。

3 水資源應(yīng)用的研究結(jié)果

分析水資源生態(tài)足跡結(jié)果，主要從時(shí)間與空間兩部分進(jìn)行，進(jìn)而得出不同時(shí)間段、區(qū)域鞍山市的水資源分布情況，并結(jié)合其水資源利用中存在的問題，重點(diǎn)提出針對(duì)性意見[4]。

3.1 鞍山市水資源利用的時(shí)間變化趨勢(shì)

3.1.1 分析水資源賬戶

計(jì)算2011—2015年鞍山市水資源生態(tài)足跡可知，生態(tài)足跡數(shù)值一直呈現(xiàn)出緩慢上升的趨勢(shì)，其數(shù)值約從0.8提升到1.6，變化較為平緩，但人均水資源生態(tài)承載力的變動(dòng)較大，是3個(gè)數(shù)據(jù)中變化最大的。從研究結(jié)果來看，人均水資源生態(tài)承載力的變化，也會(huì)引起人均水資源生態(tài)赤字的變化，且近5a，鞍山市均處于水資源赤字狀態(tài)，說明鞍山市在生產(chǎn)經(jīng)營過程中，水資源處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，可能需要從其他區(qū)域調(diào)水或者采取其他措施，才可滿足水資源開發(fā)的需要，具體數(shù)據(jù)如圖1所示：

圖1 2011—2015年鞍山市水資源賬戶分析

同時(shí)，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)前，鞍山市農(nóng)業(yè)生態(tài)用水的浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，其生態(tài)足跡數(shù)值占據(jù)到總數(shù)值的一半以上，說明農(nóng)業(yè)用水的需求量大，但隨著節(jié)水農(nóng)業(yè)、灌溉農(nóng)業(yè)的廣泛推進(jìn)，農(nóng)業(yè)用水效率也逐步提升。同時(shí)，中國已經(jīng)開始意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，將鞍山地區(qū)部分重工業(yè)工廠優(yōu)化升級(jí)或者遷移出去，降低了工業(yè)水資源生態(tài)足跡數(shù)值，雖然生活用水的總量最小，但隨著人口不斷增多，生活用水的水資源生態(tài)足跡數(shù)值逐漸增大[5]。因此，為保護(hù)水資源，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，政府部門應(yīng)加大對(duì)水資源的宣傳力度，要求城市居民在日常生活中節(jié)約用水，形成居民良好用水習(xí)慣。通過階梯制水費(fèi)繳納制度，對(duì)其進(jìn)行一定的控制。

3.1.2 水資源使用效率

水資源的使用效率評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)主要為萬元GDP水資源生態(tài)足跡，鞍山市2011—2015年使用效率逐漸提升，說明鞍山市近年來推行的節(jié)水農(nóng)業(yè)、節(jié)水工業(yè)發(fā)揮了成效。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，重工業(yè)產(chǎn)業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域中經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，政府部門應(yīng)指導(dǎo)重工業(yè)企業(yè)引進(jìn)先進(jìn)凈水系統(tǒng)，進(jìn)而循環(huán)利用水資源[6]。

3.2 鞍山市水資源利用的空間變化趨勢(shì)

3.2.1 分析水資源賬戶

鞍山市區(qū)域內(nèi)河流較多，水資源豐富，如哨子河，河段長(zhǎng)171.85km，流域面積2155.03km2，其支流有牧牛河、石廟子河、青河、古洞河等河流。但受到多種內(nèi)外部因素的影響，當(dāng)前鞍山市的水資源使用仍處于赤字狀態(tài)，說明該區(qū)域內(nèi)水資源短缺問題嚴(yán)重。隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鞍山市開始推行節(jié)水農(nóng)業(yè)，采取生態(tài)保護(hù)的方式，協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)與生態(tài)之間的關(guān)系，進(jìn)一步提升水資源使用效率[7]。

3.2.2 水資源使用效率

為提升鞍山市水資源使用效率，研究人員可以從鞍山市不同區(qū)域的水資源生態(tài)承載力入手，拓寬城區(qū)供水渠道的同時(shí)，宣傳對(duì)應(yīng)的節(jié)水政策，加大城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，完善下水道系統(tǒng)，提升水資源的利用效率[8]。

4 結(jié) 語

綜上所述，隨著我國水資源短缺問題的日益嚴(yán)重，政府機(jī)構(gòu)已經(jīng)逐步加強(qiáng)對(duì)城市水資源循環(huán)利用的研究力度，水資源生態(tài)足跡理論作為保護(hù)水資源的重要方式之一，不僅能夠有效調(diào)控區(qū)域中水資源的分布，還可提高水資源的整體利用效率，本研究通過分析鞍山市2011—2015年城市水資源使用情況和水資源生態(tài)足跡，從整體的角度分析，鞍山市當(dāng)前的水資源供給仍處于赤字狀態(tài)，供不應(yīng)求，且存在較為嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)和污染現(xiàn)象，極大程度上影響到水資源的循環(huán)利用，同時(shí)，水資源還受到自然環(huán)境、氣候條件等多種因素的影響，其在鞍山市境內(nèi)的分布不均勻，其中，鞍山市河流集中區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展更為迅速，特別是工業(yè)化進(jìn)程快速，水資源使用壓力大，即水資源的生態(tài)足跡高，反映出該地區(qū)本身的水資源利用效率低。因此，在實(shí)際生產(chǎn)生活過程中，應(yīng)合理對(duì)水資源進(jìn)行調(diào)配，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提上，滿足不同工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，進(jìn)而優(yōu)化城市水資源利用模式，促進(jìn)城市持續(xù)健康發(fā)展。

[1]牛生海,葛貴.強(qiáng)化水資源管理 服務(wù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2011(04):19-20，32.

[2]戚瑞,耿涌,朱慶華.基于水足跡理論的區(qū)域水資源利用評(píng)價(jià)[J].自然資源學(xué)報(bào),2011(03):486-495.

[3]黃凱,王梓元,楊順順,等.水足跡的理論、核算方法及其應(yīng)用進(jìn)展[J].水利水電科技進(jìn)展,2013(04):78-83.

[4]吳兆丹,趙敏,UpmanuLall,等.關(guān)于中國水足跡研究綜述[J].中國人口.資源與環(huán)境,2013(11):73-80.

[5]常丹東，王禮先.水土保持對(duì)黃河年徑流量影響研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)， 2005(B04):37-42.

[6]田冰.河北省自然濕地生態(tài)需水量分析[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2007(02)：34-36.

[7]李學(xué)森.凌河流域水資源現(xiàn)狀及保護(hù)措施[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(03)：36-37.

[8]金云杰.凌河流域人工濕地對(duì)水環(huán)境質(zhì)量影響分析評(píng)價(jià)[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(05)：27-28.

Application and Analysis of Ecological Footprint Calculation Model of Water Resources in Anshan City

WANG Xiao-li

(Haicheng Rural Water Conservancy Project Construction Quality and Safety Supervision Station,Haicheng 114200,China)

With rapid development of the social economy, increasing industrialization and city urbanization in China, water resource shortage has become one of the important problems restricting a city's development, the analysis and research on water resources should be strengthened in order to optimize the internal structure of the city and rational allocation of water resources in the city. In the era of science and technology change rapidly, the method to research water resources is increasing day by day, which greatly improves the utilization efficiency for water resources, as a typical representative, the ecological footprint model of water resources not only can directly and accurately reflect the production and operation activity's impact on water resources, but also improve the water resources use in Anshan City to realize a virtuous cycle. Taking Anshan City as an example, this paper focuses on the calculation model and application of water resources ecological footprint.

ecological footprint calculation model; Anshan City; ecological environment; water resources

1007-7596(2017)03-0110-03

2017-02-26

汪小力(1984-)，女，遼寧鞍山人，工程師，研究方向?yàn)楹拥郎鷳B(tài)、涉河建筑物洪水影響、水利灌溉、水資源開發(fā)利用等。

TV213.9

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