基于生態(tài)足跡理論的龍泉驛區(qū)水資源狀況分析及其利用對(duì)策

劉吉平 吳亮 劉志威 趙慶淑 李寧 沈慧佳

[摘要]成都市龍泉驛區(qū)是國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的成都市“東進(jìn)”戰(zhàn)略的主要地區(qū)，水資源在此地區(qū)的利用情況日益嚴(yán)峻，受到政府、科研人員的廣泛關(guān)注。水資源可持續(xù)利用的一個(gè)前提和關(guān)鍵就是水資源生態(tài)足跡模型的分析與評(píng)價(jià)。計(jì)算了2011～2015年龍泉驛區(qū)水資源生態(tài)足跡和水資源生態(tài)承載力等指標(biāo)，結(jié)果顯示：（1）龍泉驛區(qū)水資源賬戶在2011～2015年期間均為生態(tài)赤字，并且生態(tài)赤字有明顯上升的趨勢(shì);（2）龍泉驛區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)極高，遠(yuǎn)超過(guò)了Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn);（3）龍泉驛區(qū)經(jīng)濟(jì)之所以還能保持高速的發(fā)展，很大程度上得益于東風(fēng)渠“引水入城”的作用，同時(shí)也間接證明了東風(fēng)渠對(duì)龍泉驛區(qū)的重要性。在此基礎(chǔ)之上，以龍泉驛區(qū)東風(fēng)渠為例對(duì)水資源可持續(xù)利用提出了一些建議。

[關(guān)鍵詞]龍泉驛區(qū);水資源生態(tài)足跡;生態(tài)承載力;水資源可持續(xù)利用

[中圖分類號(hào)]X826[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

2003年，水足跡模型引入中國(guó)，吳志峰、劉寶勒，等國(guó)內(nèi)學(xué)者將虛擬水融入進(jìn)水足跡中;另外，黃林楠、張偉新等學(xué)者在其水資源生態(tài)足跡的計(jì)算模型中，確定了水資源的三個(gè)參數(shù)：全球均衡因子、產(chǎn)量因子、全球平均生產(chǎn)能力，由此簡(jiǎn)化了原有的計(jì)算。

全球水足跡最早是由Hoekstra和Hung進(jìn)行定量核算，他們還分析了1955～1999各國(guó)虛擬水貿(mào)易平衡，在2007和2008年該項(xiàng)工作被Hoekstra和Chapagain進(jìn)行了完善，而后Hoekstra和Mekonnen基于國(guó)家內(nèi)部空間異質(zhì)性，計(jì)算了全球水足跡，全球水足跡核算的研究精度得到進(jìn)一步提高。

1? ? 研究方法

1.1? ? 研究區(qū)概況

龍泉驛區(qū)地處川西平原東部，是成都市東部副中心，是成都市的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)集中地。龍泉驛區(qū)占地面積廣，土地面積達(dá)5.5698萬(wàn)hm2。龍泉驛區(qū)為中亞熱帶濕潤(rùn)氣候，多年平均溫約15.9℃，多年平均降雨量在857.6mm左右，徑流深為330mm。地表徑流總量為1.83億m?。受降水影響，區(qū)內(nèi)地表徑流年擬分配和年際變化較大，就年內(nèi)分配而言，70%左右集中在汛期，全區(qū)當(dāng)?shù)厮Y源量為20270萬(wàn)m?。區(qū)內(nèi)縣城區(qū)、經(jīng)開(kāi)區(qū)工業(yè)園區(qū)是工業(yè)用水的集中分布區(qū)，農(nóng)業(yè)用水主要來(lái)自東風(fēng)渠。區(qū)內(nèi)有寶獅口水庫(kù)、李家溝、百工堰等7座水庫(kù)，皆可供水。自來(lái)水公司是區(qū)內(nèi)城區(qū)的生活用水的主要供給源，東風(fēng)渠為其主要取水地，而以地下水或水庫(kù)供水為主的地區(qū)主要為城區(qū)外的農(nóng)村地區(qū)。隨著區(qū)內(nèi)人口規(guī)模不斷擴(kuò)大，工商業(yè)快速發(fā)展，區(qū)內(nèi)生產(chǎn)、生活用水的需求不斷增加。根據(jù)龍泉驛區(qū)新型衛(wèi)星城發(fā)展指標(biāo)體系預(yù)測(cè)，到2020年，龍泉驛區(qū)的常住人口規(guī)模將達(dá)到120萬(wàn)，屆時(shí)區(qū)內(nèi)的水資源緊張狀況將進(jìn)一步加劇。

1.2? ? 水資源生態(tài)足跡計(jì)算模型

William Rees等在1992年首先提及生態(tài)足跡（Ecological Footprint），其博士生Wackernagel進(jìn)一步完善。其基本思想是：具有生態(tài)生產(chǎn)性的土地面積可以從人類的各種消費(fèi)，即生態(tài)足跡轉(zhuǎn)換?？捎镁唧w的指標(biāo)來(lái)量化，將各種資源和能源消耗項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為6種生物生產(chǎn)區(qū)（耕地、林地、草地、建成區(qū)、水和化石燃料地），但其中關(guān)于水域部分的生態(tài)足跡不夠完善。為了能將區(qū)域水資源的生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能表達(dá)出來(lái)，本文采用黃林楠、張偉新等的水資源生態(tài)足跡計(jì)算模型，即：

EFw=N×efw=N×γw×[W/PW]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，EFw——水資源總生態(tài)足跡（hm2）;N——人口數(shù); efw——人均水資源生態(tài)足跡（hm2）;γw——水資源的全球均衡因子;W——人均消耗的水資源量（m3）;PW——水資源全球平均生產(chǎn)能力（m?.hm-2）。

第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、生活和生態(tài)各自的用水是水資源生態(tài)足跡所包含的5個(gè)子類。（其中生態(tài)環(huán)境用水是指河道外通過(guò)供水工程的供水量，不包括降水、徑流自然滿足的水量）公式為：

EFx=γw×（Wx/Pw）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，γw、Pw的含義與取值均與（1）式中相同，EFx和Wx中的x指代的是上述五個(gè)子類的生態(tài)足跡和水資源消耗量。

根據(jù)水資源開(kāi)發(fā)規(guī)模理論，水資源承載力是指在一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平和社會(huì)生產(chǎn)條件下，水資源可以為社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展提供最大的供水，也就是最大的水資源開(kāi)發(fā)容量。一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的水資源開(kāi)發(fā)利用率應(yīng)保持在30%～40%以內(nèi)，也就是說(shuō)一個(gè)國(guó)家或地區(qū)至少要留下60%的水資源維持生態(tài)環(huán)境，否則可能引起生態(tài)環(huán)境的惡化，因此應(yīng)將其納入到水資源承載力的計(jì)算模型中，即乘以系數(shù)0.4。即：

ECw=N×ecw=0.4×ψ×γ×[Q/PW]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中，ECw—水資源承載力（hm2）;ecw—人均水資源承載力（hm2）;ψ—水資源產(chǎn)量因子;γ—水資源全球均衡因子;Q—水資源總量（m?）。

隨著區(qū)內(nèi)人口的逐年增加，區(qū)內(nèi)生活用水的生態(tài)足跡也在持續(xù)增加。且生態(tài)環(huán)境用水呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，說(shuō)明龍泉生態(tài)環(huán)境治理越來(lái)越受到政府的重視。

2.2? ? 水資源生態(tài)承載力與生態(tài)赤字

從龍泉驛區(qū)的水資源生態(tài)承載力計(jì)算結(jié)果（表3）和圖2來(lái)看，水資源的生態(tài)承載力總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，其中2013年達(dá)到最高值，為188605.26hm?，而2014年下降到120355.11hm?，其下降幅度較大，下降了36.2%。其原因可能是2013年是多雨年，其降雨量比多年平均降雨量多了16.1%。汛期降雨量顯著偏多，成都市除浦江縣外，其余各區(qū)普遍較全年偏多。岷江、沱江流域均出現(xiàn)大洪水。筆者用Excel計(jì)算了2011～2015年的水資源生態(tài)承載力與各年份降水量之間的相關(guān)關(guān)系（圖3），結(jié)果顯示相關(guān)系數(shù)達(dá)0.96，為極顯著的正相關(guān)關(guān)系;其中2013年龍泉驛區(qū)的年降水量高達(dá)1053mm，此年人均水資源生態(tài)承載力也為歷年最高，達(dá)0.238hm?.，屬豐水年，因此2013年水資源生態(tài)赤字為最小。其他年份的生態(tài)承載力變化趨勢(shì)與降水量的變化趨勢(shì)大致相同。因此，筆者認(rèn)為，區(qū)域水資源的承載力與降水量的多少呈正相關(guān)，即區(qū)域年降水量越多，區(qū)域水資源生態(tài)承載能力就越大。對(duì)比不同區(qū)域尺度的研究，發(fā)現(xiàn)與劉漢生等人對(duì)武漢市的研究結(jié)果以及與孟麗紅等人對(duì)江西省的研究結(jié)果一致。由此說(shuō)明，年降水量是影響區(qū)域水資源生態(tài)承載力的重要因素。

如圖4，龍泉驛區(qū)人均水資源生態(tài)足跡保持在0.35～0.5hm?.之間，在各年份中變化不大，整體呈上升趨勢(shì)。一般情況下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)越發(fā)展，對(duì)水資源的需求量就越大，人均水資源生態(tài)足跡越高，龍泉驛區(qū)是成都平原的農(nóng)業(yè)大區(qū)，同時(shí)也是“汽車(chē)城”，經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，對(duì)水的需求量也越大。在自然條件（如降水）、人口增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等各種因素的影響下，龍泉驛區(qū)水資源生態(tài)承載力在研究期內(nèi)年際間波動(dòng)較大，總體趨勢(shì)在下降。

人均水資源生態(tài)承載力（圖4）除2013年由于降雨量的增加而導(dǎo)致有顯著上升外，其總體呈下降趨勢(shì)，且人均水資源的生態(tài)足跡始終高于人均生態(tài)承載力，且其差值總體呈逐年擴(kuò)大的趨勢(shì)。2011～2015年，龍泉驛區(qū)人均水資源均呈現(xiàn)生態(tài)赤字，并且有逐年增加的趨勢(shì)，赤字最高年份為2015年，達(dá)到了0.2932hm?.。表明龍泉驛區(qū)水資源開(kāi)發(fā)利用程度已超出水資源生態(tài)承載力，在一定程度上出現(xiàn)水資源短缺。水資源生態(tài)足跡與水資源生態(tài)承載力的非均衡式增長(zhǎng)，造成了龍泉驛區(qū)的水資源生態(tài)赤字，主要是由于龍泉驛區(qū)的人口增長(zhǎng)與三大產(chǎn)業(yè)的需水量的增長(zhǎng)，特別是農(nóng)業(yè)與工業(yè)對(duì)水的需求，以及水污染、利用率不高等導(dǎo)致。區(qū)內(nèi)水資源的可持續(xù)發(fā)展恐成為一大難題。

2.3? ? 龍泉驛區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)

龍泉驛區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)的計(jì)算（表4、表5）。

從表4、表5可以看出龍泉驛區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)變化較大，負(fù)載指數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且負(fù)載指數(shù)極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，2013年由于年降水量的顯著增加，龍泉驛區(qū)水資源的負(fù)載指數(shù)有了明顯下降;但由于工農(nóng)業(yè)及生活對(duì)水的需求增加以及水資源總量的減少，這種非均衡的增長(zhǎng)造成了2014～2015年水資源負(fù)載指數(shù)的上升，2014年高達(dá)到了112.2465，這顯示了對(duì)水資源的利用程度非常高，同時(shí)可開(kāi)發(fā)利用的潛力越來(lái)越小，區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展難以得到水資源的有力支撐，需要從區(qū)外流域調(diào)水以及采取一些行之有效的節(jié)水、用水措施才能滿足龍泉驛區(qū)對(duì)水資源的需求以及龍泉驛區(qū)可持續(xù)發(fā)展的需求。

3? ? 對(duì)策措施

以龍泉東風(fēng)渠水資源的開(kāi)發(fā)利用為例，從開(kāi)源和節(jié)流兩方面對(duì)其水資源進(jìn)行管理和開(kāi)發(fā)。

3.1? ? 開(kāi)源

3.1.1? ? 計(jì)劃性的引水進(jìn)入東風(fēng)渠。并且灌溉用水，因季節(jié)不同，所需量也不同，可以建立一段時(shí)間（十幾年）數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算出各季節(jié)灌溉用水需求量，按量供給。

3.1.2? ? 力圖打造龍泉水資源網(wǎng)絡(luò)，打造山水田園城市。東風(fēng)渠在東三環(huán)路三段出引水入龍泉驛區(qū)，進(jìn)入青龍湖濕地公園，然后修建東風(fēng)渠支渠，引水進(jìn)入山門(mén)寺水庫(kù)，再修建人工渠道，將龍泉山麓的毛家口水庫(kù)、百工堰水庫(kù)、寶獅口水庫(kù)等通過(guò)自然落差，連接起來(lái)，龍泉山西麓，形成一道旅游風(fēng)景線，沿渠修建旅游景點(diǎn)，為東風(fēng)渠新增一條旅游功能，而寶獅口可以通過(guò)鹿溪河與東風(fēng)渠聯(lián)系起來(lái)，最終形成一道龍泉水資源網(wǎng)絡(luò)，形成龍泉驛區(qū)獨(dú)特的城市規(guī)劃和發(fā)展線路，改善“龍泉汽車(chē)城”這樣的工業(yè)面貌。

3.1.3? ? 引水入庫(kù)，保證用水。通過(guò)修建渠道，保證寶獅口自來(lái)水廠的供應(yīng)，以及寶獅口、百工堰水庫(kù)承擔(dān)的農(nóng)業(yè)灌溉用水任務(wù)。還可以達(dá)到在雨季時(shí)蓄水和泄洪的目的。在枯水期，水庫(kù)、水渠之間可以相互補(bǔ)充，同時(shí)，還可以保證東風(fēng)渠歲修期間的用水量，保證生產(chǎn)生活用水。

3.1.4? ? 加強(qiáng)水資源監(jiān)管力度，污染從源頭杜絕。東風(fēng)渠在龍泉驛區(qū)的大部分渠段，屬于飲用水源保護(hù)區(qū)，應(yīng)遷移保護(hù)區(qū)內(nèi)的居民、農(nóng)家樂(lè)，拆除區(qū)內(nèi)的違建廠房，減少?gòu)U水對(duì)其的污染;

3.1.5? ? 政府輔助，居民保水。通過(guò)政府資金補(bǔ)貼，在沿岸居民的家中推廣污水處理器，讓污水沒(méi)有機(jī)會(huì)進(jìn)入水渠中，減少東風(fēng)渠中游污染，同時(shí)也保證了龍泉驛區(qū)以下地區(qū)的水質(zhì)安全。

3.1.6? ? 整修河道，及時(shí)清淤。雖然東風(fēng)渠有“歲修”，但是課題小組在實(shí)地調(diào)查過(guò)程中，仍然發(fā)現(xiàn)，有部分渠凸岸垃圾堆積，并且部分地區(qū)出現(xiàn)小塊沙洲，加大“歲修”力度，及時(shí)清淤，保證東風(fēng)渠的輸水能力。

3.1.7? ? 重視合理開(kāi)發(fā)和利用城市非常規(guī)水資源，建立具有規(guī)模性污水處理廠體系，對(duì)污水進(jìn)行處理再利用。在水庫(kù)附近修建收集雨水的裝置，在雨量豐富的季節(jié)收集雨水，將收集的雨水儲(chǔ)存在水庫(kù)中，根據(jù)水質(zhì)狀況等確定雨水的用途。