眉山市水足跡計算與水資源利用評價

陳泓舟，冉清紅

(1.成都師范學(xué)院史地與旅游學(xué)院/西部人文研究所，成都 611130；2.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶 400047)

水資源是與人類生活密切相關(guān)的資源，具有十分重要的地位，但隨著人類社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增加，水資源的利用呈現(xiàn)出多種多樣的問題，表現(xiàn)出水資源的浪費、污染等,部分地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的缺水問題[1]。水足跡研究為地區(qū)水資源的可持續(xù)規(guī)劃和管理提供了新構(gòu)想和研究方向。2002年胡克斯特拉在虛擬水基礎(chǔ)上首先提出了“水足跡”的概念[2]。水足跡從區(qū)域水足跡研究向水足跡研究特定產(chǎn)品水足跡研究不斷發(fā)展成熟。王艷陽研究表明減少出口水資源密集型產(chǎn)品，增加進口水資源密集型產(chǎn)品，有利于緩解地區(qū)水資源緊張問題[3]。國外學(xué)者主要研究特定產(chǎn)品的水足跡包括了糧食和主要畜產(chǎn)品等水足跡[4]。國內(nèi)水足跡的研究主要集中在國家尺度與省級尺度上。在國家尺度上，袁野等人研究了中國各省虛擬水及城鄉(xiāng)差異與中國虛擬水分區(qū)[5]，趙良仕等基于全國水足跡面板數(shù)據(jù)，探討中國水足跡空間自相關(guān)模式[6]。在省級尺度上，韓玉等研究了各省的總水足跡與人均水足跡，并利用回歸曲線擬合預(yù)測虛擬水消費量等[7]。

水足跡研究方法多種多樣，有大量的研究成果作為基礎(chǔ)。本文以眉山市為研究區(qū)，用定量研究方法得出眉山市水足跡時空分異特征，建立評價體系，得出結(jié)論與建議，為眉山市水資源利用方向提供參考。

1 研究區(qū)概況

眉山市地處四川盆地以西的成都平原南部，地形總體上是南高北低，西高東低。區(qū)域的西部是山岳地帶，中部的岷江河谷平原比較平緩，東部的丘陵地帶比較起伏，南部的山岳地帶起伏較大，地形比較破碎。眉山市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降水天數(shù)達158d，年均降水量達1145.5mm，年均溫16.5℃。岷江和青衣江等河流流經(jīng)。眉山市東西長151km，南北寬73km，總面積達7133km2。東邊接自貢和資陽，北與部成都相鄰，西鄰雅安，南鄰樂山。眉山市內(nèi)包括東坡區(qū)、仁壽縣、洪雅縣、彭山區(qū)、青神縣和丹棱縣。2018年眉山市土地總面積713985.73hm2。其中農(nóng)用地面積 620180.65 hm2，占土地總面積的 86.86%。建設(shè)用地面積 76265.86 hm2，占土地總面積 10.68%。其他土地面積17539.22 hm2，占土地總面積的 2.46%。眉山市戶籍人口約344.68萬人，人口與城市集中分布在東部的東坡區(qū)與仁壽縣兩地，兩地對水資源的需求較大，眉山市西部洪雅縣與丹棱縣地廣人稀，水資源豐富，眉山市水資源供給與需求矛盾突出，因此對眉山市水資源時空分布差異與利用研究是有價值的。通過計算眉山市水足跡，并對眉山市水足跡結(jié)構(gòu)、效益、生態(tài)安全、水資源環(huán)境安全以及水資源可持續(xù)性等指標(biāo)進行分析研究，揭示眉山市水資源時空分異特征。通過分析眉山市水資源時空分異特征，一方面，對眉山市總體水足跡進行摸底，計算出眉山市水資源現(xiàn)狀。另外一方面，通過建立水足跡評價指標(biāo)來評價眉山市水資源利用現(xiàn)狀，為政府能夠正確使用和合理規(guī)劃調(diào)配眉山市水資源提供依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，氣象資料主要選取眉山站點2009～2018年的主要氣象數(shù)據(jù)包括月降水量、高溫、最低溫度、平均相對濕度和日照等以及四川省氣象局統(tǒng)計資料。根據(jù)《眉山市統(tǒng)計年鑒2013～2018》以及《四川省統(tǒng)計年鑒2009～2018》并參考當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生長實際，選取眉山市歷年主要農(nóng)作物、動物產(chǎn)品、工業(yè)用水、生活用水、其他需水量、生態(tài)用水量為水足跡研究對象。水文資料來自于《眉山市水資源公報2016》《眉山市水利統(tǒng)計年報2017～2018》等內(nèi)部資料以及《四川省水資源公報2009～2018》等資料作為補充。

2.2 研究方法

2.2.1 水足跡計算模型 水足跡的計算使用了兩種主要的方法:基于消費收支理論的自上而下計算方法;自下而上的計算方法首先考慮產(chǎn)品或服務(wù)所消耗的水量[5]。以眉山市為研究, 選用從上到下的計算方法,具體計算見公式(1)：

WF=IWF+OWF

(1)

式中,WF是區(qū)域總水足跡(m3/a)；IWF是內(nèi)部水足跡(m3/a)，是生產(chǎn)當(dāng)?shù)叵M品和服務(wù)的水資源數(shù)量，具體計算見公式(2)：

IWF=DWU+AWU+EWU+IWU-VEW1

(2)

式中，DWU為生活水足跡(m3/a)；AWU為農(nóng)業(yè)水足跡(m3/a)，即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水量；EWU為生態(tài)水足跡(m3/a)；IWU為工業(yè)水足(m3/a)；VEW1本地出口水足跡量(m3/a)。

OWF為外部水足跡(m3/a)，是指本地居民所消費的在外地生產(chǎn)的產(chǎn)品和服務(wù)所消耗的水資源數(shù)量，具體計算見公式(3)：

OWF=VWI-VWE2

(3)

式中,VWI為本地從其他國家或地區(qū)進口的水足跡總量(m3/a)；VWE2為向其他國家或地區(qū)輸出的進口產(chǎn)品再輸出的水足跡總量。

2.2.2 內(nèi)部水足跡計算

(1)農(nóng)作物水足跡

農(nóng)作物水足跡是計算作物水位不可或缺的，可以用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的標(biāo)準(zhǔn)彭曼公式計算每一種作物的用水需求[8]。計算公式為：農(nóng)作物水足跡=產(chǎn)量×單位農(nóng)作物產(chǎn)品虛擬水含量。

(2)動物產(chǎn)品水足跡

動物性產(chǎn)品的水需求是指根據(jù)動物的種類和飼養(yǎng)方式以及成長過程中的需水量。直接基于荷蘭水文環(huán)境工程研究所研究的關(guān)于各國動物制品虛擬水分含量的中國數(shù)據(jù)[9]。計算公式為：動物產(chǎn)品水足跡=產(chǎn)量×單位動物產(chǎn)品虛擬水含量。

(3)其他需水量(工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水量)

計算工業(yè)產(chǎn)品水需求的原理與計算作物水需求相似，但由于無法系統(tǒng)地獲得關(guān)于工業(yè)產(chǎn)品的水消耗量的詳細數(shù)據(jù)，直接置換為眉山市水資源公報的城市產(chǎn)業(yè)的水消費。

(4)水足跡凈輸出量

由于眉山市產(chǎn)品貿(mào)易數(shù)據(jù)的局限性，采用林彤等的研究[10]，虛擬水貿(mào)易量采用如下公式：虛擬水凈輸出量=出口貿(mào)易值/地區(qū)生產(chǎn)總值×總用水量。

2.2.3 外部水足跡計算 外部水足跡指進口水足跡VWI減去本地進口再出口水足跡VWE2。計算公式為：虛擬水凈輸入量=進口貿(mào)易值/地區(qū)生產(chǎn)總值×總用水量。

2.2.4 水足跡評價指標(biāo)體系 采用吳兆丹提出的水足跡評價方法，建立了相應(yīng)的水足跡評價指標(biāo)[11]。評估水足跡的主要指標(biāo)由四大類組成，包括結(jié)構(gòu)、效益、水資源生態(tài)安全和水資源可持續(xù)性指標(biāo)。水足跡結(jié)構(gòu)指標(biāo)包括水資源進口依賴度和水資源自給率，水資源進口依賴度是區(qū)域外部水的足跡和區(qū)域水的足跡的關(guān)系，值越大輸入的虛擬水越多。水資源自給率說明了該地區(qū)消耗了多少本地水。水足跡效益指標(biāo)包括了萬噸水足跡人口密度、水足跡經(jīng)濟效益值、水足跡土地密度和水足跡凈貿(mào)易量。萬噸水足跡指標(biāo)值越大說明對人口的支撐越多[12]。水足跡經(jīng)濟效益值指標(biāo)值越大說明對人口的支撐越多。水足跡土地密度反映了單位面積的耗水量。區(qū)域水足跡貿(mào)易為正值是水資源輸出地，負值反之[13]。水資源生態(tài)安全的主要指標(biāo)是水資源匱乏度，反映了地區(qū)水資源的缺乏程度。水資源可持續(xù)指標(biāo)主要包含水足跡增長指數(shù)，用于衡量區(qū)域水足跡增長[14]。

表1 眉山市水足跡評價指標(biāo)體系

3 結(jié)果與分析

3.1 水足跡計算結(jié)果

3.1.1 農(nóng)作物水足跡 從表2可以得出從2009～2018年眉山市單位農(nóng)作物的平均水足跡含量由高到低依次為茶葉1690 m3/t、小麥1191 m3/t、油菜籽860 m3/t、玉米638m3/t、稻谷607m3/t、水果478m3/t和蔬菜155 m3/t。

表2 眉山市單位農(nóng)作物水足跡 (單位：m3/t)

眉山市主要七類農(nóng)產(chǎn)品中稻谷的產(chǎn)量最大，年均產(chǎn)糧達到77.8萬t。在表3中可以得出，從2009～2018年眉山市稻谷生產(chǎn)整個過程中的水足跡量最大平均達到了5.88×108m3。水果平均年產(chǎn)量達到110×104t，消耗的水足跡量平均能達到3.64×108m3。眉山市稻谷和水果生產(chǎn)所消耗的水資源量，占眉山市農(nóng)產(chǎn)品總水足跡的65.2%。

在表3中可以得出，眉山市的玉米、蔬菜、油菜籽、小麥和茶葉年平均水足跡量為玉米1.81×108m3、蔬菜1.49×108m3、油菜籽0.73×108m3、小麥0.71×108m3、茶葉0.31×108m3。由于眉山市的農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)量居四川省前例，農(nóng)作物產(chǎn)品的水足跡占農(nóng)業(yè)水足跡的主要部分。

表3 眉山市2009～2018年農(nóng)產(chǎn)品水足跡年際變化情況 (單位：億m3)

3.1.2 動物產(chǎn)品水足跡 通過計算中可以得出眉山市單位動物產(chǎn)品的水足跡，從2009～2018年單位動物產(chǎn)品平均水足跡最高的為牛肉平均值為12424m3/t，其后依次為羊肉5313 m3/t、豬肉3947 m3/t、小家禽肉3644m3/t、禽蛋3620m3/t、牛奶1000m3/t。在表5中，2009～2018年間豬肉的水足跡最大年平均水足跡量達6.75×108m3。這是由于生豬在眉山市的出欄量決定的，眉山市年平均生豬存欄量大253萬頭，豬肉年產(chǎn)量達19萬t，生豬的生長加工的水資源占到了動物產(chǎn)品水足跡量的59.7%，禽蛋年均水足跡1.47×108m3，小家禽肉年均水足跡1.42×108m3，生產(chǎn)牛奶的年均水足跡1.09×108m3，生產(chǎn)牛肉的年均水足跡達0.47×108m3以及生產(chǎn)羊肉的年均水足跡達0.26×108m3。

表4 眉山市單位動物產(chǎn)品水足跡 (單位：m3/t)

表5 眉山市2009～2018年農(nóng)產(chǎn)品水足跡年際變化 (單位：億m3)

3.1.3 工業(yè)、生態(tài)、生活水足跡 從表6中得出工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水需水量的變化是工業(yè)用水的水足跡量在10年間波動中有部分下降，工業(yè)用水的年均水足跡達2.41×108m3。生活用水的年均水足跡1.60×108m3，生態(tài)用水的年均水足跡0.44×108m3,生活用水的水足跡量有波動，整體上呈上升趨勢，生態(tài)用水的水足跡整體上呈上升趨勢。

表6 眉山市2009～2018年其他水足跡年際變化 (單位:億m3)

3.2 水足跡分析

眉山市2009～2018年10年間水總足跡量呈波動上升趨勢，2009年26.13×108m3，2018年增長34.34×108m3，年均增長4%。2009年眉山市人口為348萬人，2018年常住人口為344萬人，10年間人口減少了4萬人。GDP總額從2012年的465億元增長到2018年的1256億元，經(jīng)濟的增長與發(fā)展帶來水足跡的增長。眉山市用水結(jié)構(gòu)中，農(nóng)業(yè)水足跡所占比重最大主要是農(nóng)作物的生產(chǎn)占比較大，除此之外動物產(chǎn)品的水足跡緊隨其后，工業(yè)水足跡其次，最后是其他水足跡。

人均水足跡反映了眉山市居民人均消費水資源的能力。眉山市歷年人均水足跡在波動中呈上升趨勢，說明隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的消費水平提高，人均水足跡增加。眉山市2009年人均水足跡為748m3，到2018年眉山市的人均水足跡997 m3。與四川省其他地區(qū)相比，眉山市人均水足跡處于較高水平。但與南方沿海地區(qū)諸如福建、浙江、廣東的地級市相比人均水足跡相對較低。眉山市工業(yè)用水足跡、生活水足跡、虛擬水進口量和出口量結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，農(nóng)業(yè)水足跡和生態(tài)水足跡上升趨勢明顯。

表7 眉山市2009～2018年總水足跡含量 (單位：億m3)

表8 眉山市2009～2018年水足跡結(jié)構(gòu)指標(biāo)值

表9 眉山市2009～2018年水足跡效益指標(biāo)值

表10 眉山市2009～2018年水資源生態(tài)安全、可持續(xù)性能指標(biāo)值

4 眉山水資源特征

4.1 眉山市水資源具有可持續(xù)性特征

眉山市的水足跡結(jié)構(gòu)指標(biāo)中水資源進口依賴度十年間有一定的變化但幅度較小，十年間平均水資源的進口依賴度為0.56%，水資源自給率相對穩(wěn)定十年間平均為99.42%。總體來看眉山市的水資源自給率較高，整體上水資源對外依賴度非常小，表現(xiàn)出眉山市水資源的可持續(xù)性。

4.2 眉山市水資源壓力呈上升趨勢

水足跡效益指標(biāo)中萬噸水足跡人口密度呈下降趨勢，從2009年13.35人/104t 下降至2018年10.02人/104t表明眉山市人口增長人均水資源不斷減少，水資源壓力增大，水足跡經(jīng)濟效益值整體上升從2009年17.8 m3/元增長至2018年為36.57 m3/元表明在工業(yè)生產(chǎn)中水資源消耗不斷增加，加大了眉山市水資源壓力，水足跡土地密度呈下降趨勢從2009年的3704.79 m3/hm2上升至2018年為4813.56 m3/hm2，反映了眉山市單位土地面積耗水量不斷上升。水足跡凈貿(mào)易量從2010年0.02億m3增長到2018年為0.25億m3，眉山市水資源對外依賴增大。眉山市農(nóng)業(yè)水資源能夠承載的農(nóng)業(yè)人口數(shù)在減少，人口承載能力在下降，農(nóng)業(yè)水資源在本地起到的有效作用力在緩慢削弱。

表11 2018年眉山市六區(qū)縣水足跡及效率

4.3 眉山市水資源分布不平衡

眉山市水資源較豐富的地區(qū)主要是青神縣、洪雅縣和丹棱縣三地三地水資源占眉山市水資源的69%，但人口集中分布在東坡區(qū)、仁壽縣和彭山區(qū)三地占眉山市總?cè)丝诘?5%，三地平均水足跡土地密度與水資源匱乏度分別為5054.3 m3/hm2以及52.16%遠高于其他三地，表現(xiàn)出眉山市水資源地區(qū)分布呈現(xiàn)巨大差異。

表12 眉山市各區(qū)縣水資源效益分級

圖1 2018年眉山市水足跡效益分區(qū)

5 建議

5.1 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

整體上看眉山市農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)耗費大量水資源，工業(yè)生產(chǎn)耗水量日益增加，因此需注重調(diào)整眉山市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格限制耗水量大和污染嚴(yán)重的企業(yè)。

5.2 提高水資源利用率

限制眉山市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大水漫灌等方式，引進滴灌等方式提高農(nóng)業(yè)用水的使用效率。在工業(yè)生產(chǎn)中重視對廢水污水的處理和重復(fù)利用，在居民日常生活中倡導(dǎo)節(jié)約用水，生活用水重復(fù)利用的觀念。

5.3 優(yōu)化配置水資源

眉山水資源顯著的特點是水資源匱乏度、水資源增長指數(shù)等年際變化大，合理的修建水庫儲存降水，便于旱季使用，積極修建水渠引岷江水或與成都平原灌溉系統(tǒng)相銜接，合理開發(fā)和調(diào)度水資源。