引洮工程對定西市水資源生態(tài)承載力的影響研究

劉 燕 何有華 周建海

(甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730000)

水資源作為一種戰(zhàn)略資源，是一個國家在全球競爭中重要的物質(zhì)保證，隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展和人類不合理的利用，水資源短缺已經(jīng)成為21世紀(jì)最大的難題。多個區(qū)域的水資源承載力頻頻告急，研究水資源承載力和可持續(xù)發(fā)展是非常有必要的。

近年來，關(guān)于水資源生態(tài)足跡的研究成果較多，主要集中在利用生態(tài)足跡的方法計(jì)算區(qū)域水資源承載力和對研究區(qū)域的水資源承載力進(jìn)行多指標(biāo)評價(jià)的方法。周子琴等[1]對2007—2016年貴州省水資源生態(tài)足跡的演化特征進(jìn)行了研究；熊娜娜等[2]利用生態(tài)足跡的方法對2000—2012年成都市水資源承載力的時空變化進(jìn)行了分析；劉世梁等[3]研究了城市化和區(qū)域生態(tài)足跡的耦合關(guān)系；黃佳等[4]在計(jì)算山東省水資源生態(tài)足跡的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)軟件分析了山東省水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的相關(guān)性；門寶輝等[5]在計(jì)算北京市水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的基礎(chǔ)上，引入水資源足跡廣度和深度，并改進(jìn)了差分自回歸平均模型與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組合模型在水資源生態(tài)足跡方面的應(yīng)用；張洺也等[6]在此基礎(chǔ)上引進(jìn)水資源利用效率、負(fù)載指數(shù)、壓力指數(shù)等相關(guān)概念并進(jìn)行了相關(guān)性分析。本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算定西市在引洮一期工程通水前后8年的水資源承載力，分析了引洮一期工程對定西市水資源生態(tài)承載力的影響。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

定西市位于甘肅省中部，地處黃土高原和秦嶺山地交匯地帶，屬于半干旱區(qū)大陸性季風(fēng)氣候。定西市水資源貧乏，人均占有量極低，特別是北部。定西市降水量呈現(xiàn)南多北少的特征[7]。

引洮供水一期工程于2007年3月開工建設(shè)，2014年10月主體工程建成，2014年12月28日通水試運(yùn)行，2015年8月6日正式運(yùn)行，為受益區(qū)的定西、蘭州、白銀3個市城鄉(xiāng)生產(chǎn)生活用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水提供了水資源保障，受益人口達(dá)225.35萬人。

定西市作為引洮供水一期工程的主要受益區(qū)，全市160.1萬城鄉(xiāng)居民和10余萬畝旱地用上了引洮水。引洮供水一期工程通水后，城鄉(xiāng)群眾生活質(zhì)量得到提高，改善了干旱地區(qū)群眾長期吃苦咸水的現(xiàn)狀，確保了城鄉(xiāng)225.35萬群眾飲水安全，緩解了干旱，改善了生態(tài)環(huán)境。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文的相關(guān)數(shù)據(jù)來自2010—2017年《甘肅省水資源公報(bào)》《甘肅統(tǒng)計(jì)年鑒》和甘肅省引洮工程管理局官方數(shù)據(jù)。

2 定西市水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計(jì)算

2.1 水資源生態(tài)足跡模型

在生態(tài)足跡模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的水資源生態(tài)足跡模型，概括起來就是把一個區(qū)域的水資源生態(tài)足跡作為衡量該區(qū)域水資源可持續(xù)利用的標(biāo)準(zhǔn)，即維持現(xiàn)有的發(fā)展規(guī)模所需要的水資源的用地面積[8]。計(jì)算公式如下：

EFw=Nef=γ(W/Pw)

(1)

式中：EFw為總水資源生態(tài)足跡，hm2；N為區(qū)域人口總數(shù)；ef為人均水資源足跡；γ為水資源全球均衡因子；W為消耗的水資源量，m3；Pw為全球水資源平均生產(chǎn)能力,m3/hm2[9]。

根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，本文將定西市水資源生態(tài)足跡的計(jì)算分為生活用水、生產(chǎn)用水和生態(tài)用水三大類進(jìn)行，其中生活用水又進(jìn)一步分為城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)村生活用水，生產(chǎn)用水進(jìn)一步分為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、林牧漁用水，生態(tài)用水不再細(xì)分[10]。

2.2 水資源生態(tài)承載力模型

水資源生態(tài)承載力模型是為了判別研究區(qū)域的水資源利用是否處于可持續(xù)狀態(tài)，相關(guān)研究成果顯示：水資源生態(tài)承載力的計(jì)算應(yīng)扣除60%用于維持生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，否則生態(tài)系統(tǒng)將會不良發(fā)展[11]。其計(jì)算公式為

ECw=Necw=0.4φγQ/Pw

(2)

式中：ECw為水資源生態(tài)承載力,hm2；N為人口總數(shù);ecw為水資源生態(tài)承載力，hm2/人；φ為區(qū)域水資源產(chǎn)量因子；γ為水資源均衡因子；Q為水資源總量，m3[12]。

2.3 水資源生態(tài)赤字(生態(tài)盈余)

生態(tài)盈余是水資源生態(tài)承載力與水資源生態(tài)足跡的差值，是對區(qū)域內(nèi)水資源消耗是否在承載范圍內(nèi)的衡量，可用于評判區(qū)域內(nèi)水資源的可持續(xù)利用狀況[13]。其計(jì)算公式為

水資源生態(tài)盈余/赤字=ECw-EFw

(3)

ECw>EFw時，代表地區(qū)內(nèi)水資源充足，為水資源生態(tài)盈余狀態(tài)，水資源可持續(xù)利用狀況良好。ECw=EFw時，為水資源平衡狀態(tài)。ECw

2.4 萬元GDP水資源生態(tài)足跡

萬元GDP是研究區(qū)域總水資源生態(tài)足跡與該區(qū)域當(dāng)年GDP的比值，是衡量研究區(qū)域水資源利用效率的重要指標(biāo)，其值越小，則區(qū)域水資源的利用效率越高，反之亦然[15]。其計(jì)算公式為

萬元GDP水資源生態(tài)足跡=區(qū)域總水資源生態(tài)

足跡/區(qū)域萬元GDP

(4)

2.5 相關(guān)參數(shù)的確定

研究中涉及的參數(shù)確定主要有：全球均衡因子γ、水資源全球平均生產(chǎn)能力Pw、區(qū)域水資源產(chǎn)量因子φ。其中全球均衡因子的作用是將不同土地類型的單位生態(tài)生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)化成一個可比較的標(biāo)準(zhǔn)，本文采用基于世界自然基金會(WWF)2002年核算的均衡因子計(jì)算出的水資源的全球均衡因子5.19[16]。參考相關(guān)研究成果，水資源全球平均生產(chǎn)能力被定義為全球多年平均產(chǎn)水模數(shù)，取值3140m3/hm2[17]。區(qū)域水資源產(chǎn)量因子是地區(qū)內(nèi)水資源平均生產(chǎn)能力與全球的水資源平均生產(chǎn)能力之比，而地區(qū)內(nèi)水資源平均生產(chǎn)能力即區(qū)域單位面積產(chǎn)水模數(shù)，計(jì)算公式為[18]

區(qū)域單位面積產(chǎn)水模數(shù)=區(qū)域水資源總量/

流域面積

(5)

因此，計(jì)算得出定西市水資源產(chǎn)量因子為：2010年0.088；2011年0.116；2012年0.224；2013年0.215；2014年0.165；2015年0.146；2016年0.099；2017年0.176。

3 結(jié)果分析

3.1 水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的變化特征

根據(jù)前述公式和確定的相關(guān)參數(shù)，定西市2010—2017年水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 定西市水資源生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果 單位：hm2/人

定西市2010—2017年水資源生態(tài)足跡呈現(xiàn)波動性減小趨勢，2016年的水資源生態(tài)足跡比前一年略有增長， 這與引洮一期工程通水后定西市水資源可利用量大幅提升有關(guān)。從定西市2010—2017年水資源承載力計(jì)算結(jié)果來看，沒有明顯的變化規(guī)律，各年份間差異較大，峰值出現(xiàn)在2012年，為0.00742hm2/人，這與2012年的降雨量最大是一致的。從水資源生態(tài)承載力的計(jì)算公式可以看出，降雨量對區(qū)域水資源生態(tài)承載力的影響較大。計(jì)算得出的生態(tài)赤字呈逐年減小的趨勢，說明定西市雖然處于水資源不可持續(xù)的狀態(tài)，但總體是向好的方向發(fā)展。

定西市生活用水的生態(tài)足跡表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，生活用水分為城鎮(zhèn)用水和農(nóng)村用水，城鎮(zhèn)生活用水生態(tài)足跡逐年升高，這與定西市的城鎮(zhèn)化進(jìn)程是符合的，農(nóng)村生活用水呈現(xiàn)波動性的減小趨勢，從2010年的0.00273hm2/人減小到2017年的0.00139hm2/人，下降了近50%，這與近幾年甘肅省實(shí)行新農(nóng)村建設(shè)和農(nóng)村飲水工程，農(nóng)村生活用水效率提高有關(guān)，也與近幾年農(nóng)村人口外出務(wù)工，農(nóng)村常住人口減少有關(guān)。

生產(chǎn)用水足跡方面，總體上呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，生產(chǎn)用水包括農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水和林牧漁用水，其中，農(nóng)業(yè)用水足跡和工業(yè)用水足跡逐年減小，這與近年來不斷提高農(nóng)田灌溉用水技術(shù)和工業(yè)用水效率有關(guān)。林牧漁用水足跡呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢，這與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多元發(fā)展有關(guān)。農(nóng)業(yè)用水足跡占生產(chǎn)用水足跡的85%以上，占總水資源生態(tài)足跡的70%以上。由此可見，大力發(fā)展節(jié)水灌溉和農(nóng)業(yè)水資源高效利用技術(shù)是減少水資源生態(tài)足跡的有力措施。

定西市生態(tài)用水足跡的變化特征是先增大后減小，峰值出現(xiàn)在2015年，隨后兩年稍有減少，這可能與引洮一期工程2014年底通水有關(guān)，引洮通水前，定西市水資源極其短缺，沒有足夠可供生態(tài)環(huán)境使用的水資源，引洮工程不僅解決了定西人民吃水難，吃干凈水難的局面，也改善了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

3.2 萬元GDP水資源生態(tài)足跡的變化特征

根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式，定西市2010—2017年萬元GDP水資源生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果見圖1 。圖1中定西市萬元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐年減小的趨勢，2014年稍有波動。這說明定西市水資源利用效率逐年提高，當(dāng)?shù)貨]有因?yàn)橛幸黄诠こ坦┧头潘蓪?jié)水和高效用水的要求，這是值得借鑒的。

圖1 萬元GDP水資源生態(tài)足跡的變化

4 結(jié) 語

a.定西市2010—2017年水資源生態(tài)足跡呈現(xiàn)波動性減小趨勢，引洮一期工程通水后定西市水資源生態(tài)足跡略有增長。其中，生態(tài)用水足跡在引洮工程通水后逐年增加，這與國家大力發(fā)展生態(tài)建設(shè)的基調(diào)是一致的。農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡占水資源總生態(tài)足跡的70%以上，因此鼓勵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的多元化發(fā)展和推進(jìn)各行業(yè)水資源高效利用技術(shù)，特別是大力提高農(nóng)業(yè)用水效率是減少定西市水資源生態(tài)足跡的重要方向。

b.定西市2010—2017年水資源生態(tài)赤字和萬元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐年減小的趨勢，這說明定西市水資源利用效率穩(wěn)步提升。定西市應(yīng)積極推進(jìn)“綠色技術(shù)銀行”這一綠色產(chǎn)業(yè)政策，加大力度保護(hù)生態(tài)環(huán)境，改善水土流失現(xiàn)狀，增加植被覆蓋度，從根本上提高水資源承載力，走可持續(xù)發(fā)展道路。