基于生態(tài)足跡法的河南省水資源可持續(xù)利用分析

沈玉潔

(河南財經政法大學，河南 鄭州 450046)

水是生產活動最重要的物質基礎，也是保證人類能夠生存的基本條件。2017年《中國水資源公報》顯示，全國水資源總量為28761.20億m3，河南省水資源總量為423.06億m3，僅占全國水資源總量的1.47%。隨著我國經濟的發(fā)展，人們的生產、生活對水資源需求量和消耗量逐漸增加，水資源短缺和污染問題日益顯現[1]。在此背景下，基于生態(tài)足跡研究水資源可持續(xù)利用具有重要的現實意義。

國內外專家學者對生態(tài)足跡都有所研究。目前，國際對于生態(tài)足跡的概念引用相對較多的是認為，生態(tài)足跡是指能夠持續(xù)地提供資源或消納廢物的、具有生物生產力的地域空間，它從具體的可計量的數據角度來研究自然資本消耗的空間測度問題。縱觀生態(tài)足跡的發(fā)展歷程，M.WACKERNAGEL等[2]于1997年首次提出生態(tài)足跡即生產一定人口所消費的資源和吸收這些人口消費生產的廢棄物所需要的土地面積；MATHIS WACKERNAGEL等[3]將生態(tài)足跡的計算方法進行優(yōu)化后使其在內涵上更加深刻；林鴻民[4]在WILLIAM所提出的生態(tài)足跡的基礎上進行了論證；徐中民等[5]通過1999年的數據分析出我國平均生態(tài)赤字為 0.645hm2/人，數據分析顯示許多省份都存在生態(tài)赤字；張?，揫6]指出生態(tài)足跡是用來分析人們擁有和消耗了多少自然資源；楊開忠等[7]系統(tǒng)介紹了生態(tài)足跡分析方法的理論框架以及計算方法；張志強等[8]對中國部分省份和地區(qū)的經濟生態(tài)足跡進行了計算；王文國等[9]對四川省水生態(tài)足跡進行了測算；許國鈺[10]通過對貴陽市水生態(tài)足跡的核算，對貴陽市水資源脆弱性分別從時間、空間兩個方面進行了評價，并提出了優(yōu)化措施；王榮森等[11]對2010—2014年安徽省和江蘇省兩個省份的水資源生態(tài)足跡進行了對比分析計算；戴昌軍等[12]引入水資源足跡指數、萬元GDP水資源足跡等指標，對武漢市水資源持續(xù)利用狀況進行了定量評價；張威等[13]運用水足跡的計算方法，對遼寧省水足跡進行了計算和評價，提出全面建設節(jié)水型社會。

在水資源短缺和大量浪費的雙重威脅背景下，研究水資源生態(tài)足跡、關注水資源可持續(xù)發(fā)展和經濟發(fā)展的質量可為保障生態(tài)安全提供事實依據。孫才志等[14]通過研究水生態(tài)足跡發(fā)現了水資源與經濟發(fā)展之間的相關關系，彌補了前人研究的缺陷?；谝陨涎芯?，本文通過河南省水資源的宏觀數據對生態(tài)足跡進行計算，數據源于2008—2018年《河南省水資源公報》《河南省統(tǒng)計年鑒》。關于河南省水資源開發(fā)利用情況和 GDP、人口等相關數據，首先對河南省11年水生態(tài)足跡和水生態(tài)承載力進行綜合計算；然后分別從水生態(tài)盈余(赤字) 、萬元GDP 水生態(tài)足跡、水生態(tài)壓力指數和水資源可持續(xù)利用指數4個微觀指標綜合評價水資源可持續(xù)開發(fā)利用能力。

1 水資源生態(tài)足跡理論探究及參數確定

1.1 水資源生態(tài)足跡計算方式

加拿大生態(tài)經濟學家W.E.Ree等[15]在1992年最早提出一種衡量人類對自然資源的利用量和自然界為人類提供的生命支持動力的方法；李利鋒等[16]認為生態(tài)足跡是指在一定的技術條件下，特定人口消費的資源和吸納這些人口產生的所有廢棄物所需的土地面積和水資源量。綜上水資源生態(tài)足跡是度量水資源可持續(xù)利用的重要指標。根據水資源使用的基本用途，將水資源生態(tài)足跡分為生態(tài)用水足跡、生活用水足跡和生產用水足跡。計算公式如下：

EFw=Nefw=NA=Nrw(W/Pw)

(1)

其中A=rwW/Pw

式中：EFw為水資源總生態(tài)足跡,hm2；N為人口數；efw與A為人均水資源生態(tài)足跡，hm2/ 人；rw為水資源的全球均衡因子，取5.19；W為消耗的水資源量,m3;Pw為水資源全球平均生產能力，取3140m3/hm2，河南省水資源產量因子取0.78[17]。

1.1.1 生活用水足跡

生活用水包括了整個地區(qū)的居民生活用水量。生活用水生態(tài)足跡計算公式如下：

EF1=Nef1=NA1=Nrw(W1/Pw)

(2)

1.1.2 生態(tài)用水足跡

生態(tài)用水主要是河道內、外用水，其中也包括城市環(huán)境用水、濕地補水等[18]，其計算公式如下：

EF2=Nef2=NA2=Nrw(W2/Pw)

(3)

1.1.3 生產用水足跡

生產用水主要包括了三大產業(yè)用水，即農、林、牧、漁業(yè)用水，還包括工業(yè)、建筑業(yè)、住宿及餐飲業(yè)和社會服務業(yè)等用水[19]，其計算公式如下：

EF3=Nef3=NA3=Nrw(W3/Pw)

(4)

1.2 水資源生態(tài)足跡評價指標

1.2.1 水資源承載力

根據生態(tài)足跡理論，水資源承載力與區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護、經濟社會發(fā)展等狀況密切相關，李丹[20]認為水資源承載力是指水資源所能承載的相應生物生存面積；李允潔等[21]認為是在某一區(qū)域的具體發(fā)展時間段內，能反映該區(qū)域的水生態(tài)系統(tǒng)供給狀況且能為經濟、環(huán)境和社會發(fā)展提供最大的可持續(xù)利用能力。水資源承載力這一衡量指標，具有自然和社會雙重屬性，除了受地區(qū)降水量、地下水含量、氣候等非人為因素的影響，還受人類各種活動的影響，如生產、生活、經濟等各方面是否具有節(jié)約水資源的意識。水資源承載力計算公式為

EC=NG=0.4εrw(Q/Pw)

(5)

式中：EC為水資源承載力，hm2;N為人口數；G為人均水資源承載力，hm2/人；ε為區(qū)域水資源產量因子；Q為水資源總量，m3。

1.2.2 水資源生態(tài)赤字或盈余

水資源生態(tài)足跡將對水資源可持續(xù)利用的分析轉化為可衡量的數據，即將同一個區(qū)域內水生態(tài)足跡與水資源生態(tài)承載力大小進行比較，所得結果的正負分別表示水資源生態(tài)盈余和水資源生態(tài)赤字。該指標被用來評價一個國家或地區(qū)的水資源可持續(xù)利用狀況。其計算公式為

ED=EF-EC

(6)

若該地區(qū)的水資源生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力，說明該區(qū)域的水資源處于生態(tài)盈余狀態(tài)，表明該區(qū)域的水資源能夠滿足當地生產、生活的基本需要；若該地區(qū)的水資源生態(tài)足跡小于生態(tài)承載力，即ED為負值，表明該區(qū)域的水資源處于生態(tài)赤字狀態(tài)，水資源嚴重匱乏，該區(qū)域的水資源已經不能滿足本地區(qū)的需要，提高節(jié)水意識迫在眉睫。

1.2.3 水資源生態(tài)壓力指數模型

賈紹鳳等[22]指出水資源壓力指數是用于衡量一個國家、地區(qū)水資源稀缺程度以及水資源安全程度的指標。將水資源的研究分為生態(tài)、生活、生產三類，與此對應，水資源壓力指數分為生態(tài)水資源壓力指數、生活水資源壓力指數、生產水資源壓力指數，使其可以進行實際的量化，即生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的比值。根據其含義，定義水資源壓力指數在 0～1之間時，該地區(qū)的水資源利用處于暫時安全狀態(tài)；當水資源壓力指數大于1時，則該地區(qū)水資源利用處于危險狀態(tài)；當水資源壓力指數等于1時，水資源利用處于平衡狀態(tài)。

1.2.4 萬元GDP水資源生態(tài)足跡

通過閱讀大量水資源生態(tài)足跡文獻發(fā)現，學者大多采用萬元GDP作為衡量水資源可持續(xù)發(fā)展的一個指標，因此評價一個地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展狀況可以將萬元GDP指標和水資源生態(tài)足跡結合得到一個綜合衡量指標，定義為萬元GDP水生態(tài)足跡。生態(tài)足跡與GDP的比值即為萬元 GDP 水資源生態(tài)足跡，這一指標可以客觀評價區(qū)域水資源的利用效率。由定義可知，該萬元 GDP 水資源生態(tài)足跡的值越大，水資源利用效率越低；數值越大，說明水資源利用效率越高。

2 河南省水資源生態(tài)足跡

人均水資源生態(tài)足跡是指在生活、生態(tài)、生產等方面消耗的水資源總量與水資源全球均衡因子的乘積，并除以水資源全球平均生產能力，所得結果再與總人口相乘得到水資源生態(tài)足跡。由于水資源全球均衡因子和水資源全球平均生產能力在一定的時間點是固定不變的，所以人均水資源生態(tài)足跡只與消耗的水資源總量相關。人均用水量是指消耗的總水量與總人口的比值，其結果不僅與總耗水量相關，也與總人口相關。人均水資源量是指在一個地區(qū)內，一個時期按人口平均每個人占有的水資源量，其結果不僅與總人口相關，也與水資源總量相關。以下是人均水資源生態(tài)足跡、人均水資源生態(tài)承載力、人均水資源生態(tài)赤字、水資源壓力指數、萬元GDP水資源生態(tài)足跡的動態(tài)變化情況。

2.1 人均水資源生態(tài)足跡變化情況

依據《河南省水資源公報》的劃分標準以及《河南省統(tǒng)計年鑒》數據，將水資源生態(tài)足跡分為生產用水、生活用水和生態(tài)用水，以下計算的生產用水包括農業(yè)用水、工業(yè)用水。河南省水資源生態(tài)足跡計算結果見表1。2007—2017年河南省人均水資源生態(tài)足跡呈現波動上升的趨勢，2013年生態(tài)足跡最高，達到4.197 hm2/人；2007—2009年，從3.672hm2/人上升到4.046hm2/人，人均生活用水生態(tài)足跡也平穩(wěn)上升，與人均水資源生態(tài)足跡總量變化趨勢基本一致；2014年人均水資源生態(tài)足跡最小，這與生產用水量密切相關。2007—2009年人均生產用水生態(tài)足跡從3.007hm2/人上升到3.317hm2/人；2010年下降后，2011年開始逐漸上升，到2013年增加到3.509hm2/人，達到最大值；隨后到2014年又降到2.963hm2/人，達到最小值；2015年上升后，2016年開始呈下降趨勢，到2017年下降為2.986hm2/人。2007—2017年人均生態(tài)環(huán)境用水足跡從0.091hm2/人變化到0.340hm2/人，波動趨勢較大，雖然生態(tài)用水足跡占總生態(tài)足跡的比重較小，但生態(tài)用水卻是不可缺少的一部分，這種變化趨勢仍應引起重視。人均生活用水生態(tài)足跡總體呈現波動上升的趨勢，從2007年的0.574hm2/人上升到2011年的0.654hm2/人，隨后降低到2012年的0.559hm2/人，又一直增加到2017年的0.691hm2/人，達到最大值。

表1 河南省2007—2017年人均水資源生態(tài)足跡 單位：hm2/人

續(xù)表

注數據來源《河南統(tǒng)計年鑒2018》。

由圖1可知，在水資源利用的整個過程中，人均生產用水比重較大，整體占人均水資源生態(tài)足跡的70%以上，人均生活用水占總比重的10%～20%左右，人均生態(tài)用水比重最低。從整體來看，2007—2017年生產用水、生活用水以及生態(tài)用水所占比例基本保持穩(wěn)定，因此河南省生產用水在整個水資源的利用中所占比重最大。隨著居民受教育程度的提高，節(jié)水意識也逐漸提高，這對河南省水資源的可持續(xù)利用起著重要作用。

圖1 2007—2017年各人均用水生態(tài)足跡占總用水量生態(tài)足跡百分比

2.2 人均水資源生態(tài)承載力動態(tài)變化

由圖2可知，2007—2009年，人均水資源生態(tài)承載力呈下降趨勢；2009—2010年波動最大；最大值為2010年的0.293hm2/人；從2010年之后一直到2013年，一直呈下降趨勢，于2013年達到最低，為0.117hm2/人；2013—2017年呈上升趨勢，波動不大。

圖2 2007—2017年河南省人均水資源生態(tài)承載力動態(tài)變化

由圖3可知，河南省水資源生態(tài)承載力與降水量和水資源總量有關。2010年河南省降水量充沛，水資源總量最高，導致水資源人均生態(tài)承載力最大；2013年河南省降水量減少，水資源總量最低，人均生態(tài)承載力最小。因此水資源生態(tài)承載力與水資源總量和降水量的多少密切相關。

圖3 2007—2017年河南省水資源生態(tài)承載力影響因素

2.3 人均水資源生態(tài)赤字動態(tài)變化

圖4 人均水資源生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力對比

通過以上對水資源生態(tài)足跡及生態(tài)承載力的計算，對其指標進行系統(tǒng)化對比，可了解到水資源生態(tài)是處于盈余狀態(tài)還是赤字狀態(tài)，根據此指標就能對該地區(qū)的水資源使用情況進行客觀評估與衡量[23]。生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力就會產生赤字現象，表明水資源不可持續(xù)使用；反之則產生盈余現象，表明水資源可持續(xù)使用。由圖4可知，河南省人均水資源生態(tài)足跡大于人均水資源生態(tài)承載力，水資源處于赤字狀態(tài)。由圖5可知，最大赤字是2013年的4.08hm2/人，水資源總量最少，為213.07億m3；最小赤字是2007年的3.42hm2/人，水資源總量僅次于2010年，為465.18億m3。數據分析表明河南省水資源出現不可持續(xù)現象和水資源總量相關，水資源供給量遠遠小于水資源使用量。

圖5 2007—2017年河南省生態(tài)赤字

2.4 水資源壓力指數分析

水資源壓力指數變化情況見圖6。由圖6可知，生態(tài)水資源壓力指數和生活水資源壓力指數都在0～1之間，表明河南省水資源處于可持續(xù)利用狀態(tài)；但生產水資源壓力指數最大值出現大于1的狀態(tài)，且具有很大的波動性，而且該指標遠遠高于其他兩個指標，生產水資源壓力指數最小值為0.475，最大值達到1.471，處于危險狀態(tài)，表明河南省生產水資源處于不可持續(xù)利用狀態(tài)，所以要節(jié)約生產用水，提高水利用率。

圖6 2007—2017年河南省生產、生態(tài)、生活水資源壓力指數

2.5 萬元GDP水資源生態(tài)足跡分析

河南省萬元GDP水資源生態(tài)足跡變化情況見圖7。由圖7可知，2007—2017年，河南省萬元GDP水資源生態(tài)足跡呈現大幅度下降趨勢；在2009—2010年下降速度最快，從1.971hm2/人下降到1.598hm2/人，共下降了0.373hm2/人；到2017年下降至0.862hm2/人。由上述定義可知，下降趨勢表明河南省水資源狀況有所好轉，加強節(jié)水意識至關重要。

圖7 2007—2017年河南省萬元GDP水資源生態(tài)足跡變化情況

3 結論和建議

3.1 結論

通過對河南省水資源生態(tài)足跡進行計算，以及對水資源生態(tài)足跡各個衡量指標進行分析，可得出以下結論：

a. 2007—2017年河南省三大生態(tài)足跡指標中，人均生產用水生態(tài)足跡最大。河南省水資源的總量主要來自于降水，水資源相對短缺，生產用水所占比例較大，生活和生態(tài)用水量也逐年增加。由于全球氣候變暖，降水量有所減少，水資源總量相應減小。同時，化肥、農藥過度使用導致水資源嚴重污染，水資源短缺和嚴重污染成為影響河南省經濟發(fā)展的突出問題。

b. 2013—2017年河南省人均水資源生態(tài)承載力不斷增加，不但與原本的水資源總量相關，而且與每年的降水量有關。

c. 2007—2017年河南省人均水資源處于生態(tài)赤字狀態(tài)，主要是由于河南省水資源供給與需求不平衡，生態(tài)赤字越大，說明越不平衡。

3.2 建議

通過運用河南省水生態(tài)足跡、水生態(tài)承載力等指標評價河南省水資源可持續(xù)發(fā)展狀況，提出適合本地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展的對策建議，為河南省的生態(tài)建設和經濟發(fā)展提供可參考的依據。

a.要調整用水結構，提高水的利用率。應調整生產用水結構，提高水資源的利用效率，大力推廣農田、水利、林業(yè)等綜合治理的農業(yè)生態(tài)環(huán)境保護措施，才能保證河南省水資源可持續(xù)利用。

b.大力推廣綠色農業(yè)。河南省生產用水生態(tài)足跡比例最大，其中包括農業(yè)用水，而水資源承載力有限，因此，必須改變傳統(tǒng)的農業(yè)發(fā)展方式，推廣綠色農業(yè)。

c.有效防治水體污染。河南省水資源短缺的同時伴隨著嚴重的水質污染。要從源頭上控制，在農業(yè)方面，大力推廣測土配方肥，生物、綠色農藥等；在生產方面，控制污水排放，采取相關獎懲措施；在生活方面，培養(yǎng)節(jié)水意識，保護水資源。在生產、生活、生態(tài)方方面面做到保護、節(jié)約水資源，最終實現水資源的可持續(xù)發(fā)展。