生態(tài)足跡視角下的寧波市水資源可持續(xù)利用評價

董朝陽，伍 磊，童億勤

水是一切生命賴以生存、社會經(jīng)濟發(fā)展不可替代的重要自然資源和環(huán)境要素，人類的生存發(fā)展無時無刻都離不開水資源。隨著人口和經(jīng)濟的快速發(fā)展，水資源短缺已經(jīng)成為了全球共同關注的熱點問題。1992年加拿大生態(tài)經(jīng)濟學家Rees提出了生態(tài)足跡理論并不斷完善[1-3]，該理論是近年來可持續(xù)發(fā)展定量評價被常采用的方法。其定義是生產(chǎn)已知人口（某個個人、一個城市或一個國家）所消費的所有資源，以及吸納這些人口產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)面積（包括陸地和水域）之和[4，5]?？紤]到水資源已經(jīng)成為了關乎經(jīng)濟社會發(fā)展的重要性戰(zhàn)略資源，國內(nèi)外許多學者開始將水資源納入到生態(tài)足跡的研究中去，并借此來科學地評價水資源的可持續(xù)利用狀況。

生態(tài)足跡既體現(xiàn)了人類活動對生態(tài)環(huán)境的壓力，也體現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境對人類活動的支持能力[6]，因此該理念被提出后就廣泛應用于不同的社會領域，如旅游資源領域[7]、能源交通領域和國際貿(mào)易領域等，而且也從不同的空間尺度上對水資源生態(tài)足跡進行了應用和實踐。從國家尺度上來看，Wackernagel等[2]對世界上不同國家的水資源生態(tài)足跡進行了研究，譚秀娟和鄭欽玉[8]運用ARMA模型研究了我國生態(tài)足跡變動的趨勢，并通過相應評價指標對我國水資源的可持續(xù)利用狀況做出了科學的評測。從省、市、區(qū)的尺度上來看，Jenerette等[9]用等空間異質性生態(tài)足跡的方法計算了33個城市的水資源生態(tài)足跡。洪輝和付娜[10]為了能使水資源生態(tài)足跡更加全面合理，將淡水消費和水污染消費作為一種消費的種類納入到生態(tài)足跡的計算當中，并由此測算出了西安市的水資源生態(tài)足跡。龍愛華等[11]引用虛擬水的概念，用產(chǎn)品虛擬水的方法計算了新疆、青海、甘肅和陜西四省的水資源足跡，表明以虛擬水概念為基礎的水資源足跡更能如實地反映出人類對水資源的消費利用狀況，對干旱地區(qū)的水資源管理具有重要的指導意義。此外，盧艷等[12]、邱微等[13]、陳棟為等[14]、王儉等[15]通過建立了水資源生態(tài)足跡以及水資源生態(tài)承載力的模型，分別計算了河南、黑龍江、珠海市、沈陽市等地的水資源足跡，通過分析水資源的利用現(xiàn)狀，科學地衡量了這些區(qū)域水資源的可持續(xù)發(fā)展狀況?？梢?，水資源生態(tài)足跡是定量衡量地區(qū)水資源利用狀況的科學方法。寧波市作為沿海發(fā)達地區(qū)，工業(yè)發(fā)展迅速、人口密度大，對水資源需求量大，在經(jīng)濟快速發(fā)展的過程中水資源面臨著諸多問題。因此，本文將基于生態(tài)足跡理論，結合國內(nèi)外學者的研究結果，構建水資源的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力模型，對寧波市2002-2010年水資源的可持續(xù)利用狀況作出評價，為水資源科學管理提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

寧波市位于寧紹平原的東端，我國大陸海岸線的中段，處于東經(jīng) 120°55'-122°16'，北緯 28°51'-30°33'，是長江三角洲南翼和浙江省的經(jīng)濟中心。市內(nèi)河流眾多，主要有余姚江、奉化江和甬江等河流，平原河網(wǎng)密布，是浙江省八大水系之一。余姚江發(fā)源于上虞市梁湖，奉化江發(fā)源于四明山東麓的秀尖山，它們流經(jīng)各區(qū)在三江口匯合成甬江，并于寧波鎮(zhèn)?？诹魅霒|海。甬江流域面積長達4518 km2，域內(nèi)雨量充沛，水資源尤為豐富，是寧波市人口集聚、經(jīng)濟最為發(fā)達的區(qū)域。全市海岸線長達約1500 km，由于海岸和河口處于東海強潮區(qū)，受氣象、地理影響經(jīng)常受風暴潮和旱、澇危害，自然災害發(fā)生頻繁。

寧波市屬典型的亞熱帶季風氣候區(qū)，溫和濕潤，四季分明。境內(nèi)雨量充沛，多年平均降雨量1500 mm左右，其中4-9月降雨量占全年的70%。全市多年平均水資源總量75×109m3，人均水資源占有量為1260 m3，只有全省人均水平的六成。目前全市水源工程總供水能力已達到21×109m3；擁有各類水庫403座，其中大型水庫5座，中型水庫21座，建成各類水閘900余座，修筑江堤、海塘約800 km，圍墾海涂4×104hm2，已初步形成了供水、防洪、擋潮、除澇、灌溉、發(fā)電、旅游等多功能的水利體系。

2 研究方法

2.1 水資源生態(tài)足跡模型

本文根據(jù)對水資源生態(tài)足跡的描述和用水特性的分類，將水資源賬戶分為生活用水足跡、生產(chǎn)用水足跡和生態(tài)環(huán)境需水足跡三個二級賬戶，并據(jù)此進行計算。水資源賬戶的計算模型可用下式表示[16]：生活用水足跡模型：

其中，EFdw為生活用水足跡（hm2）；N為人口數(shù)；efdw為人均生活用水足跡（hm2/cap）；γ為水資源全球均衡因子；p為生活用水量（m3）；Wd為水資源全球平均生產(chǎn)能力（m3/hm2）。

同理，生產(chǎn)用水足跡和生態(tài)環(huán)境需水足跡的模型公式與生活用水足跡模型公式相同，其中EFiw、EFew分別表示生產(chǎn)用水足跡（hm2）和生態(tài)環(huán)境需水足跡（hm2），efiw、efew分別表示人均生產(chǎn)用水足跡（hm2/cap）和人均生態(tài)環(huán)境需水足跡（hm2/cap），Wi、We分別表示生產(chǎn)用水量（m3）和生態(tài)環(huán)境需水量（m3），N、γ以及p和生活用水足跡模型中表達一致。

水資源總生態(tài)足跡為：

2.2 水資源生態(tài)承載力模型

水資源生態(tài)承載力是指某一區(qū)域的水資源，以可持續(xù)發(fā)展為原則，在一定條件下能為人類活動和生物生存所能持續(xù)提供的最大生態(tài)服務能力，即水資源在保障社會經(jīng)濟和生態(tài)系統(tǒng)保持良性發(fā)展的前提下所能提供的最大支撐能力。一個地區(qū)的水資源總量為地下水和地表水資源的總和（扣除兩者重復計算的量）。但如果一個國家或地區(qū)過度的開發(fā)水資源，使其的利用率超過了30%-40%，就有可能引起當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的惡化，因此一個區(qū)域在計算水資源承載力的時候必須要扣除60%用于維持生態(tài)環(huán)境的平衡[16]。據(jù)此，水資源生態(tài)承載力的計算模型可用下式表示：

其中，EC為水資源承載力（hm2）；ec為人均水資源承載力（hm2/cap）；ψ為區(qū)域水資源的產(chǎn)量因子；Q為水資源總量（m3）。

2.3 水資源生態(tài)赤字（盈余）

將某一特定區(qū)域內(nèi)水資源消耗產(chǎn)生的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進行比較，就會產(chǎn)生水資源生態(tài)赤字和水資源生態(tài)盈余，該指標就可用來判斷研究區(qū)域內(nèi)水資源的可持續(xù)利用情況[8,17]。

若Erd<0，說明該區(qū)域的水資源處于生態(tài)赤字狀態(tài)，即水資源的生態(tài)足跡超出了其生態(tài)承載力的部分，如果要維持該區(qū)域的平衡，就需要從該區(qū)域之外的地方調(diào)水，或以破壞當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境系統(tǒng)為代價；若Erd>0，則該區(qū)域的水資源處于生態(tài)盈余狀態(tài)，即水資源承載力大于其水資源生態(tài)足跡，說明區(qū)域內(nèi)的水資源量可以保障社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展。

2.4 模型中相關參數(shù)的確定

全球水資源平均生產(chǎn)能力即為全球多年平均產(chǎn)水模數(shù)，在水文學中，將平均產(chǎn)水模數(shù)定義為計算時段內(nèi)地表水資源量與地下水資源量中扣除重復計算量除以計算區(qū)域的面積[18]。不同國家的單位面積產(chǎn)水量差異較大，本文主要參照黃林楠等[16]在水資源生態(tài)足跡方面的研究結果，取全球水資源平均生產(chǎn)能力（p）為3.14×103m3/hm2。在生態(tài)足跡模型中，由于不同種類土地的單位面積生產(chǎn)力是不一樣的，因此無法將它們進行直接的比較，為了能使計算的結果可以進行對比，所以就引進了均衡因子的概念，相當于一個權重因子。本文根據(jù)世界自然基金會（WWF）2002核算的各類土地的均衡因子，取水資源均衡因子（γ）為5.19[16]。由于在不同地區(qū)之間，同類生物生產(chǎn)性土地的生產(chǎn)力也存在區(qū)別，因此不能進行直接的對比，為了使其更具有可比性和統(tǒng)一性，產(chǎn)量因子就是一個將各地區(qū)同類生物生產(chǎn)性土地轉換成可比面積的參數(shù)。具體公式如下：

其中γag為區(qū)域單位面積產(chǎn)水量（m3/hm2）；γg為全球單位面積產(chǎn)水量（m3/hm2）。

據(jù)此，通過查閱相關數(shù)據(jù)，可以得出浙江省的水資源產(chǎn)量因子為2.81[16]。由于寧波市有關數(shù)據(jù)的缺失，無法精確地計算出寧波市水資源的產(chǎn)量因子，因此本文就以浙江省的產(chǎn)量因子近似為寧波市的產(chǎn)量因子來進行計算分析。

2.5 數(shù)據(jù)來源

本文中計算的生態(tài)足跡包括生活用水生態(tài)足跡、生產(chǎn)用水生態(tài)足跡和生態(tài)環(huán)境需水生態(tài)足跡。其中生活用水包括農(nóng)村居民生活用水和城鎮(zhèn)居民生活用水；生產(chǎn)用水包括第一產(chǎn)業(yè)用水（含林牧漁用水、農(nóng)田灌溉用水和牲畜用水）、第二產(chǎn)業(yè)用水（含工業(yè)用水和建筑業(yè)用水）、第三產(chǎn)業(yè)用水（包括商品貿(mào)易、餐飲住宿、交通運輸、倉儲、郵電通訊、文教衛(wèi)生、機關團體等各種服務行業(yè)）；生態(tài)環(huán)境需水為環(huán)境用水。文中的水資源相關數(shù)據(jù)來源于2002-2010年《寧波市水資源公報》[19]，人口數(shù)和國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）來源于2003-2011年《寧波市統(tǒng)計年鑒》[20]。

3 結果與分析

3.1 寧波市水資源生態(tài)足跡賬戶構成

由于寧波市2002-2004年水資源生態(tài)足跡分賬戶數(shù)據(jù)的缺失，因此本文只分析2005-2010年寧波市水資源生態(tài)足跡賬戶的構成（表1）。在水資源生態(tài)足跡各賬戶中，寧波市2005-2010年生產(chǎn)用水生態(tài)足跡占了水資源生態(tài)足跡的絕大部分，其次為生活用水生態(tài)足跡，生態(tài)環(huán)境需水生態(tài)足跡只占了水資源生態(tài)足跡中較小的一部分。從各類用水的發(fā)展趨勢來看，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡所占的比例雖然呈逐漸減小的趨勢（從2005年的79.8%減少到2010年的67.9%），但依然維持在一個很高的水平。生活用水生態(tài)足跡所占的比例總體上呈逐年上升的態(tài)勢，由2005年的15.7%增加到了2010年的20.9%，其中2005-2007年生活用水生態(tài)足跡所占比例的增速是比較快的，這與幾年來寧波市城市的快速發(fā)展所導致的人口急劇增加存在著一定的關系。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的進一步推廣和實施，寧波市生態(tài)環(huán)境需水所占的比例也呈現(xiàn)逐年上升的態(tài)勢，從2005年的4.5%增加到了2010年的11.2%，可見近年來寧波市對生態(tài)環(huán)境的保護和建設正在做出一定的努力。

在2005-2010年生產(chǎn)用水生態(tài)足跡賬戶組成中，第一產(chǎn)業(yè)用水生態(tài)足跡大于第二、三產(chǎn)業(yè)用水生態(tài)足跡之和。從它們所占生產(chǎn)用水生態(tài)足跡比重變化的趨勢看（表1），第一產(chǎn)業(yè)用水生態(tài)足跡比重總體上有減小的趨勢（從2005年的59.1%減少到2010年的55.4%），而第二、第三產(chǎn)業(yè)所占比例總體上雖有遞增的趨勢，但變化幅度較小，這表明寧波市在產(chǎn)業(yè)結構的轉型升級方面需要進一步加強，特別是需要提高第三產(chǎn)業(yè)的比重。從生活用水資源各賬戶構成中可以看出，城鎮(zhèn)居民用水生態(tài)足跡的比例逐年持續(xù)上升，而農(nóng)村居民用水生態(tài)足跡的比例則逐年持續(xù)下降，由此不難看出隨著寧波市城市化進程的深入，寧波市的農(nóng)村人口不斷的向城市遷移，導致了九年來寧波市城鎮(zhèn)居民生活用水生態(tài)足跡的持續(xù)增加。

3.2 寧波市水資源人均生態(tài)足跡動態(tài)

從總體上看2002-2010年寧波市人均生態(tài)足跡呈波動的上升趨勢，由2002年的0.5462 hm2/cap上升到了2010年的0.6121 hm2/cap（圖1），增長了約12.07%。其中，2002-2003年寧波市人均生態(tài)足跡減少了約0.35%，而2003-2004年人均生態(tài)足跡呈明顯的上升趨勢，增長了約7.46%，增長率在歷年中最大。2003年人均生態(tài)足跡為0.5443 hm2/cap，為九年來寧波市人均生態(tài)足跡的最小值。寧波市九年來人均生態(tài)足跡的最大值為2008年的0.6145 hm2/cap，最大值和最小值之間相差僅為0.0702 hm2/cap。由此表明，從2002-2010年寧波市的人均生態(tài)足跡變化率逐漸減小并處于一個比較平穩(wěn)的狀態(tài)，波動幅度不大。

圖1 寧波市水資源人均生態(tài)足跡動態(tài)

3.3 寧波市水資源生態(tài)承載力動態(tài)

2002-2010年寧波市水資源的人均生態(tài)承載力變化幅度較大（圖2）。九年來寧波市水資源人均生態(tài)承載力的最大值是2002年，為3.3807 hm2/cap；而2003年又到達了最小值，為0.9917 hm2/cap，第二小值是2006年，相比較2002-2010年其余年份的人均生態(tài)承載力，這兩年的人均生態(tài)承載力要明顯的低。對寧波市水資源生態(tài)承載力構成的進一步分析表明（表1），水資源生態(tài)承載力在總量基本上與地表水資源的總量相吻合，所占比重達90%以上，地下水資源量（與地表水資源不重復計算）的影響是很小的，由此可見水資源的承載力很大程度上都取決于地表的水資源量。

圖2 寧波市水資源人均生態(tài)承載力動態(tài)

2002年寧波市降水量1751.5 mm，較多年均值多15.3%；地表水資源量94.31×109m3，比多年均值多30.8%，屬豐水年份。2003年降水量1015.2 mm，比多年均值少33.1%，地表水資源量26.65×109m3，比多年均值少65.7%，屬特枯水年份。2006年降水量為1288.0 mm，比多年均值少15.1%，地表水資源量為48.82×109m3，比多年均值少33.5%，屬偏枯水年份。從以上分析可以看出寧波市水資源量隨時間的變化分布具有不均勻性，其變化趨勢與水資源生態(tài)承載力趨勢一致，可見，水資源生態(tài)承載力受當?shù)氐乃摹庀蟮茸匀灰蛩氐挠绊戄^大。

3.4 寧波市水資源人均生態(tài)赤字（盈余）動態(tài)

2002-2010年寧波市水資源人均生態(tài)盈余呈上下波動的趨勢（圖3）。2002-2003年水資源人均生態(tài)盈余呈急劇下降的態(tài)勢，2003年人均生態(tài)盈余達到九年的最小值，為0.4475 hm2/cap，與該年為特枯水年的實際情況相符。從2003-2005年又呈快速的上升趨勢，到2006年人均生態(tài)盈余再一次出現(xiàn)低值，這也與2006年為偏枯水年份降水量少的變化動態(tài)吻合。從2006-2010年，寧波市人均生態(tài)盈余基本上呈穩(wěn)步的上升趨勢，只是在2008年時出現(xiàn)了小幅的下降，這與寧波市水資源人均生態(tài)承載力的變化趨勢基本一致。因此，雖然寧波市水資源的供給大于居民生活消費和社會經(jīng)濟發(fā)展的需求，處于生態(tài)盈余狀態(tài)，有一定的盈余空間來滿足寧波市居民的利用，但是寧波市的水資源人均生態(tài)盈余受人均生態(tài)承載力影響大且變化趨勢波動較大，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 寧波市水資源人均生態(tài)盈余動態(tài)

3.5 寧波市萬元GDP水資源生態(tài)足跡動態(tài)

萬元GDP水資源生態(tài)足跡是指某一特定區(qū)域內(nèi)水資源生態(tài)足跡（EF）與國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的比值[8]，它反映了某一地區(qū)科學用水效益的水平。若萬元GDP水資源生態(tài)足跡越高，說明對資源利用效率越低，反之，則說明對資源的利用效率越高。因此，通過萬元GDP水資源生態(tài)足跡，可以分析出寧波市水資源的利用效率。寧波市的萬元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐年下降的趨勢（圖4），從2002年的0.1989 hm2下降到了2010年的0.0686 hm2，九年來寧波市的萬元GDP生態(tài)足跡下降了約65.51%，這說明寧波市近年來對水資源的利用率越來越高。由此可見，2002-2010年寧波市在水資源的合理開發(fā)利用和節(jié)約用水方面均取得了顯著的成效，減少了水資源的消耗，為寧波市水資源的可持續(xù)利用做出了貢獻。

圖4 寧波市萬元GDP水資源生態(tài)足跡動態(tài)

4 結論

2002-2010年寧波市水資源的人均生態(tài)足跡變化率不斷減小并且逐漸趨于一個比較平穩(wěn)的狀態(tài)，但人均生態(tài)承載力變化幅度較大，與當?shù)氐乃?、氣象等自然因素有很大關系，且地表水的生態(tài)承載力占水資源生態(tài)承載力的主要部分，總體上寧波市水資源處于生態(tài)盈余水平。寧波市水資源有一定的潛力滿足當?shù)厣a(chǎn)與居民生活，但生態(tài)盈余狀況與水資源生態(tài)承載力的變化趨勢非常相似，受降水量大小的影響頗深，具有不穩(wěn)定性。

2005-2010年寧波市水資源賬戶中，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡在水資源生態(tài)足跡中的比重最大，雖然在總體上有下降的趨勢，但基本保持在67.9%-79.8%；在生產(chǎn)用水生態(tài)足跡的構成中，第一產(chǎn)業(yè)所占比重雖有下降趨勢但依舊最大，第二、第三產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)用水所占比重雖然有遞增的趨勢但幅度很??；在生活用水生態(tài)足跡中，城鎮(zhèn)居民用水的生態(tài)足跡逐年持續(xù)上升，農(nóng)村居民用水生態(tài)足跡逐年持續(xù)下降；生態(tài)環(huán)境需水生態(tài)足跡在水資源賬戶中所占比重最小，總體上呈逐年上升的趨勢。

2002-2010年寧波市萬元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐年下降的趨勢，在經(jīng)濟發(fā)展方面對水資源的利用效率在逐漸的提高。盡管如此，仍需要推進循環(huán)經(jīng)濟建設，進一步加強水資源的循環(huán)利用，最終使寧波市的水資源利用達到一個良性、安全的狀態(tài)。

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