基于生態(tài)足跡法的黑龍江省水資源可持續(xù)利用分析

王思聰，梁契宗，陳思元，聶堂哲，劉 武

(1.哈爾濱市磨盤山水庫管理處，哈爾濱 150001；2.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080；3.黑龍江省水文水資源中心，哈爾濱 150001)

0 引 言

黑龍江省是我國位置最北和緯度最高的省份，由大興安嶺、小興安嶺、東南部山地和松嫩平原、三江平原構(gòu)成最基本的地形輪廓[1]。近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展以及城市化進程加快，部分地區(qū)開始出現(xiàn)水資源短缺等水安全問題，嚴重影響了區(qū)域水資源可持續(xù)利用[2]。生態(tài)足跡法是由Rees和Wackernagel在1996年提出并完善的一種可持續(xù)發(fā)展的評價方法，它從一個全新的角度考慮人類及其發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系[3]。此法具有資料相對容易獲取、計算方法的可操作性和可重復(fù)性強、可進行橫向和縱向?qū)Ρ鹊葍?yōu)點，從而廣泛地應(yīng)用于水資源可持續(xù)利用研究這一領(lǐng)域[4]。應(yīng)用此法分析黑龍江省水資源可持續(xù)利用情況，為水資源合理配置及協(xié)調(diào)水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系提供參考[5]。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文的數(shù)據(jù)來源于2013—2017年的《黑龍江統(tǒng)計年鑒》[6]和《黑龍江省水資源公報》[7]。由文獻[6]可查得黑龍江省及其13個地市的GDP，由文獻[7]可查得黑龍江省及其13個地市的總用水量W、水資源總量Q和產(chǎn)水模數(shù)M。

1.2 研究方法

參考文獻[8-12]，生態(tài)足跡法的計算過程如下。

1)水資源承載力ECw：一定時期內(nèi)某區(qū)域水資源開發(fā)利用對該區(qū)域經(jīng)濟—社會—生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的支撐能力。計算公式為：

ECw=(1-12%)rwΨQ/Pw

(1)

式中，ECw為水資源承載力，104hm2；rw為水資源全球均衡因子，取值為5.19；Ψ為區(qū)域水資源產(chǎn)量因子，由黑龍江省及其13個地市的產(chǎn)水模數(shù)M與中國單位面積產(chǎn)水量(2.946×103m3/hm2)的比值，再除以中國的水資源產(chǎn)量因子(0.94)所得；Q為水資源總量，108m3；Pw為水資源全球平均生產(chǎn)能力，取值為3 140 m3/hm2。

2)水生態(tài)足跡EFw：在人類生產(chǎn)生活與維持自然生態(tài)發(fā)展的過程中，將消耗的水資源量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)區(qū)域的水資源用地面積。計算公式為：

EFw=rwW/Pw

(2)

式中，EFw為水生態(tài)足跡，104hm2；W為總用水量，108m3。

3)萬元GDP水生態(tài)足跡FI：區(qū)域水資源總生態(tài)足跡與區(qū)域國內(nèi)生產(chǎn)總值的比值。FI數(shù)值越小，水資源利用效率越高，越可持續(xù)利用；FI數(shù)值越大，水資源利用效率越低，越不可持續(xù)利用。計算公式為：

FI=EFw/GDP

(3)

式中，F(xiàn)I為萬元GDP水生態(tài)足跡，104hm2；GDP為國內(nèi)生產(chǎn)總值，億元。

4)水資源生態(tài)盈余/赤字Erd：將區(qū)域內(nèi)水資源消耗產(chǎn)生的生態(tài)足跡和水資源承載力相比較，得出水資源生態(tài)盈余和水資源生態(tài)赤字，此指標可用來判斷研究區(qū)域內(nèi)水資源的可持續(xù)利用情況。當Erd>200×104hm2時，表明水資源生態(tài)盈余，水資源利用處于可持續(xù)利用狀態(tài)；當0≤Erd≤200×104hm2時，表明水資源生態(tài)平衡，水資源利用處于臨界狀態(tài)；當Erd<0時，表明水資源生態(tài)赤字，水資源利用處于不可持續(xù)利用狀態(tài)。計算公式為：

Erd=ECw-EFw

(4)

5)水資源生態(tài)壓力指數(shù)EPIw：某地區(qū)水資源生態(tài)足跡與水資源承載力的比值，可衡量水資源生態(tài)安全性。當01.3時，表明區(qū)域水資源供給量小于消費量，水資源利用處于不可持續(xù)利用狀態(tài)。計算公式為：

EPIw=EFw/ECw

(5)

6)水資源可持續(xù)指數(shù)SIw：一定時期某區(qū)域可持續(xù)供給的水資源總量滿足該區(qū)域人類社會經(jīng)濟活動對水資源的需要程度，以此來評價區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展利用程度。當0.6

SIw=ECw/(ECw+EFw)

(6)

2 結(jié)果與分析

2.1 水資源承載力

黑龍江省2013—2017年水資源承載力計算結(jié)果見表1和圖1。

表1 黑龍江省水資源承載力 Table 1 Water resources carrying capacity in Heilongjiang Province 104 hm2

圖1 黑龍江省水資源承載力Fig.1 Water resources carrying capacity in Heilongjiang Province

由表1和圖1可見，2013—2017年黑龍江省水資源承載力ECw平均值為11 138.87×104hm2，由2013年的23 270.91×104hm2下降到2017年的6 391.72×104hm2，表明水資源承載力明顯下降。大興安嶺地區(qū)水資源承載力最高，2013—2017年平均值為2 216.94×104hm2；七臺河市水資源承載力最低，2013—2017年平均值為72.50×104hm2。

2.2 水生態(tài)足跡

黑龍江省2013—2017年水生態(tài)足跡計算結(jié)果見表2和圖2。

表2 黑龍江省水生態(tài)足跡 Table 2 Water ecological footprint in Heilongjiang Province 104 hm2

圖2 黑龍江省水生態(tài)足跡Fig.2 Water ecological footprint in Heilongjiang Province

由表2和圖2可見，2013—2017年黑龍江省水生態(tài)足跡EFw平均值為5 893.39×104hm2，由2013年的5 912.30×104hm2變?yōu)?017年的5 835.44×104hm2，表明水生態(tài)足跡無明顯變化。佳木斯市水生態(tài)足跡最高，2013—2017年平均值為1 258.46×104hm2；大興安嶺地區(qū)水生態(tài)足跡最低，2013—2017年平均值為5.09×104hm2。

2.3 萬元GDP水生態(tài)足跡

黑龍江省2013—2017年萬元GDP水生態(tài)足跡計算結(jié)果見表3和圖3。

表3 黑龍江省萬元GDP水生態(tài)足跡 Table 3 Water ecological footprint per ten thousand GDP in Heilongjiang Province 104 hm2

圖3 黑龍江省萬元GDP水生態(tài)足跡Fig.3 Water ecological footprint per ten thousand GDP in Heilongjiang Province

由表3和圖3可見，2013—2017年黑龍江省萬元GDP水生態(tài)足跡FI平均值為0.39×104hm2，由2013年的0.41×104hm2下降到2017年的0.37×104hm2，表明萬元GDP水生態(tài)足跡緩慢下降。佳木斯市萬元GDP水生態(tài)足跡最高，2013—2017年平均值為1.45×104hm2；大興安嶺地區(qū)萬元GDP水生態(tài)足跡最低，2013—2017年平均值為0.04×104hm2。

2.4 水資源生態(tài)盈余/赤字

黑龍江省2013—2017年水資源生態(tài)盈余/赤字計算結(jié)果見表4和圖4。

表4 黑龍江省水資源生態(tài)盈余/赤字 Table 4 Water resources ecological surplus/deficit in Heilongjiang Province 104 hm2

圖4 黑龍江省水資源生態(tài)盈余/赤字Fig.4 Water resources ecological surplus/deficit in Heilongjiang Province

由表4和圖4可見，2013—2017年黑龍江省水資源生態(tài)盈余/赤字Erd平均值為5 245.47×104hm2，水資源利用處于可持續(xù)利用狀態(tài)。2013—2017年大興安嶺地區(qū)、伊春市、牡丹江市、黑河市、哈爾濱市、鶴崗市Erd平均值均為Erd>200×104hm2，水資源利用處于可持續(xù)利用狀態(tài)；雙鴨山市、七臺河市、綏化市Erd平均值均為0≤Erd≤200×104hm2，水資源利用處于臨界狀態(tài)；雞西市、大慶市、齊齊哈爾市、佳木斯市Erd平均值均為Erd<0，水資源利用處于不可持續(xù)利用狀態(tài)。

2.5 水資源生態(tài)壓力指數(shù)

黑龍江省2013—2017年水資源生態(tài)壓力指數(shù)計算結(jié)果見表5和圖5。

表5 黑龍江省水資源生態(tài)壓力指數(shù)Table 5 Water resources ecological pressure index in Heilongjiang Province

圖5 黑龍江省水資源生態(tài)壓力指數(shù)Fig.5 Water resources ecological pressure index in Heilongjiang Province

由表5和圖5可見，2013—2017年黑龍江省水資源生態(tài)壓力指數(shù)EPIw平均值為0.65，水資源利用處于可持續(xù)利用狀態(tài)。2013—2017年大興安嶺地區(qū)、伊春市、黑河市、牡丹江市、鶴崗市、哈爾濱市EPIw平均值均為01.3，水資源利用處于不可持續(xù)利用狀態(tài)。

2.6 水資源可持續(xù)指數(shù)

黑龍江省2013—2017年水資源可持續(xù)指數(shù)計算結(jié)果見表6和圖6。

表6 黑龍江省水資源可持續(xù)指數(shù)Table 6 Water resources sustainable index in Heilongjiang Province

圖6 黑龍江省水資源可持續(xù)指數(shù)Fig.6 Water resources sustainable index in Heilongjiang Province

由表6和圖6可見，2013—2017年黑龍江省水資源可持續(xù)指數(shù)SIw平均值為0.62，水資源利用處于可持續(xù)利用狀態(tài)。2013—2017年大興安嶺地區(qū)、伊春市、黑河市、牡丹江市、鶴崗市、哈爾濱市SIw平均值均為0.6

3 結(jié) 論

2013—2017年黑龍江省水資源承載力明顯下降，水生態(tài)足跡無明顯變化，萬元GDP水生態(tài)足跡緩慢下降，水資源利用處于可持續(xù)利用狀態(tài)。由各地市2013—2017年的平均值可見，大興安嶺地區(qū)水資源承載力最高，七臺河市水資源承載力最低；佳木斯市水生態(tài)足跡和萬元GDP水生態(tài)足跡均為最高，大興安嶺地區(qū)水生態(tài)足跡和萬元GDP水生態(tài)足跡均為最低；大興安嶺地區(qū)、伊春市、黑河市、牡丹江市、鶴崗市、哈爾濱市水資源利用處于可持續(xù)利用狀態(tài)，七臺河市、雙鴨山市、綏化市水資源利用處于臨界狀態(tài)，雞西市、佳木斯市、齊齊哈爾市、大慶市水資源利用處于不可持續(xù)利用狀態(tài)。

目前黑龍江省水資源利用總體情況較好，但存在地表水資源開發(fā)程度偏低，且水資源地區(qū)分布與其人口、經(jīng)濟等社會條件不相匹配等問題。特別是經(jīng)濟發(fā)展較高的地區(qū)其水資源狀況較差，而水資源條件優(yōu)越的地區(qū)其經(jīng)濟發(fā)展狀況則較為落后。針對這些問題，在基于本文的基礎(chǔ)上建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，分析水資源與黑龍江省經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)聯(lián)程度，研究在經(jīng)濟不斷提高的背景下，如何對黑龍江省水資源進行合理配置，從而更好地促進黑龍江省水資源可持續(xù)利用。