變化環(huán)境影響下北京市水資源生態(tài)足跡預(yù)測與評價

秦歡歡,黃麗想,王健泉

(1.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點實驗室,江西 南昌 330013;2.東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院,江西 南昌 330013)

水資源是區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)鍵基礎(chǔ)性資源,對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有不可替代的作用[1]。水資源生態(tài)足跡是基于Willam Rees提出的生態(tài)足跡概念的非貨幣度量方法[2-4],以具有生物生產(chǎn)力的水域面積來衡量區(qū)域人口對水資源需求量[5-8]。水資源生態(tài)足跡已在許多區(qū)域得到應(yīng)用[9-18],成為水科學(xué)領(lǐng)域主要研究方法之一。然而,目前水資源生態(tài)足跡應(yīng)用缺乏對區(qū)域不同水資源利用情景的預(yù)測和評估,僅有少數(shù)研究采用系統(tǒng)動力學(xué)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對區(qū)域水資源生態(tài)足跡進(jìn)行預(yù)測[2,10]。水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的關(guān)系是區(qū)域水資源供需平衡的重要衡量方式,能表征區(qū)域水資源盈虧狀況,進(jìn)而為區(qū)域水資源管理制定針對性政策。

研究表明,氣候變化和人類活動對區(qū)域水資源可持續(xù)利用有重要影響[19-21]。以全球氣溫升高為標(biāo)志的氣候變化對區(qū)域水文循環(huán)全過程產(chǎn)生重要影響,從而對水資源時空分布及數(shù)量多寡帶來巨大變化,進(jìn)一步加劇缺水程度[20]。與此同時,人類利用水資源方式隨社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷變化,此過程也會對水文循環(huán)過程及水資源質(zhì)與量時空分布產(chǎn)生明顯影響[20,22]。以上兩類變化環(huán)境正逐漸成為區(qū)域水資源供需失衡問題最重要的驅(qū)動因素。中國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對水資源的大量需求使區(qū)域水資源短缺問題愈發(fā)嚴(yán)重,水環(huán)境污染也成為一個不可忽視的問題[23],生態(tài)文明建設(shè)已成為可持續(xù)發(fā)展重要內(nèi)容,水資源生態(tài)足跡亦受到廣泛關(guān)注與重視。因此,變化環(huán)境影響下區(qū)域水資源生態(tài)足跡的研究顯得尤其重要。

北京是資源型缺水的特大城市,人均水資源量(小于300 m3/人)與國際人均缺水標(biāo)準(zhǔn)線(1 000 m3/人)差距巨大[24]。受氣候變化影響,北京年均降水量呈下降趨勢,降水量年內(nèi)分布不均,約6至8成集中在雨季,由此造成北京水資源量不足。同時,城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等人類活動使北京土地利用發(fā)生巨大變化,大量農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)為城市用地,造成地表徑流下滲量減少(地表水補(bǔ)給地下水減少)和水資源需求增加,進(jìn)一步加劇水資源供需矛盾。近30年來,北京對地下水開采依賴愈發(fā)嚴(yán)重,已對地下水含水層產(chǎn)生不可忽略影響,地面沉降、含水層疏干、土壤鹽漬化等問題接踵而至。變化環(huán)境已對北京水資源短缺問題產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

本文在文獻(xiàn)[25]構(gòu)建并校準(zhǔn)的系統(tǒng)動力學(xué)模型基礎(chǔ)上,考慮氣候變化(濕潤、正常和干旱氣候)和人類活動(經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、南水北調(diào)工程和農(nóng)業(yè)節(jié)水措施)的影響,設(shè)定4大類10小類情景,對北京2022—2030年水資源生態(tài)足跡進(jìn)行預(yù)測,選取水資源生態(tài)赤字、水資源生態(tài)壓力指數(shù)和水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度等指標(biāo)對北京水資源可持續(xù)利用狀況進(jìn)行分析,為北京可持續(xù)水資源利用提供科學(xué)依據(jù)和建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

北京(115.7°～117.4°E,39.4°～41.6°N)是中國的首都和政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心,面積16 808 km2,2021年總?cè)丝? 188.6萬,人口密度1 302人/km2,城鎮(zhèn)化率87.55%。氣候類型為暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,2001—2021年降水量波動較大,均值548 mm;地表水資源量、地下水資源量和水資源總量與降水量曲線一致,均值分別為10.33億、17.10億、27.30億m3;南水北調(diào)工程引水量(2014年年底開始向北京供水,2008—2013年為南水北調(diào)河北應(yīng)急段調(diào)水?dāng)?shù)據(jù),2021年數(shù)據(jù)暫無)均值5.9億m3。與此同時,除去豐水年,大多年份北京總用水量(均值37.05億m3)大于水資源總量(圖1),由此導(dǎo)致較長時期處于水資源短缺狀態(tài),對社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

圖1 北京歷年水資源量、用水量和降水量曲線

1.2 水資源生態(tài)足跡計算

水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計算見式(1)、(2)[26-27]:

(1)

(2)

式中 efw、ecw——人均水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力,hm2/人;N——總?cè)丝?人;βw——全球水資源均衡因子,取值5.19[2];Pw——全球水資源平均生產(chǎn)能力,m3/hm2,取值3 140 m3/hm2[11];Ui——第i個部門用水量,m3,包括生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境等部門;φ——水資源產(chǎn)量因子,取值0.77[26];WT、WS、WG、WR、WN——水資源總量,地表水、地下水、灌溉回歸水和南水北調(diào)工程引水量,m3;0.4——在水資源生態(tài)承載力計算中需扣除用于生態(tài)和生物多樣性補(bǔ)償面積后的可用水資源比例[15]。

為評估北京水資源可持續(xù)利用情況,選取人均水資源生態(tài)赤字、水資源生態(tài)壓力指數(shù)和水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度等參數(shù)為評價指標(biāo),見式(3)—(5):

edw=efw-ecw

(3)

(4)

(5)

式中 edw——人均水資源生態(tài)赤字,hm2/人,其值越大,說明水資源過度利用越嚴(yán)重;epiw——水資源生態(tài)壓力指數(shù),其值大于1代表不安全的水資源利用;efiw——水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度,hm2/萬元,用來衡量區(qū)域水資源利用效率,值越小表示用水效率越高;GDP——國內(nèi)生產(chǎn)總值,萬元。

1.3 北京水資源利用系統(tǒng)動力學(xué)模型

本文研究是在文獻(xiàn)[25]構(gòu)建并校準(zhǔn)的北京水資源利用系統(tǒng)動力學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的。圖2是北京水資源利用系統(tǒng)動力學(xué)模型因果關(guān)系。模型中涉及的參數(shù)分為常數(shù)類、表函數(shù)和初始值等三類,共76個,具體參數(shù)信息見文獻(xiàn)[24]。這些參數(shù)現(xiàn)狀年份的值來自于北京市相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù),包括《北京市統(tǒng)計年鑒》中的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和各類增長率數(shù)據(jù)及《北京市水資源公報》中的水資源數(shù)據(jù)和用水定額數(shù)據(jù)。模型校準(zhǔn)的結(jié)果[25](生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)需水量擬合的相關(guān)系數(shù)分別為0.936 6、0.988 9、0.825 5)表明了模型的可行性和適用性,可用于本文研究。經(jīng)過校準(zhǔn)的模型參數(shù)可參閱文獻(xiàn)[24]。

圖2 北京水資源利用系統(tǒng)動力學(xué)模型因果關(guān)系

北京水資源生態(tài)足跡預(yù)測時間為2022—2030年,時間步長為1年。根據(jù)北京水資源利用和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀,考慮氣候變化和人類活動的影響,設(shè)計4大類10小類情景,包括現(xiàn)狀保持型情景BAU,氣候變化型情景CC-wet(濕潤)、CC-normal(正常)和CC-dry(干旱),人類活動型情景HA-ED(經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展)、HA-SNWDP(南水北調(diào)工程)和HA-LWC(畜牧業(yè)節(jié)水)及綜合型情景CS1(考慮經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和南水北調(diào)工程)、CS2(考慮經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和畜牧業(yè)節(jié)水)和CS3(考慮經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、南水北調(diào)工程和畜牧業(yè)節(jié)水),表1列出了這些情景具體內(nèi)容。模型參數(shù)預(yù)測值根據(jù)北京不同用水部門特點和對水資源可持續(xù)發(fā)展的需求,參考國內(nèi)外相似研究區(qū)域的相關(guān)參數(shù),依據(jù)北京人口增長情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科技應(yīng)用狀況、水資源利用程度、工農(nóng)業(yè)節(jié)水工藝和技術(shù)等因素變化,綜合評價并確定參數(shù)值。模型中情景設(shè)計充分考慮了北京未來社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中影響水資源可持續(xù)利用的因素,依據(jù)北京水資源利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀設(shè)定各情景相關(guān)參數(shù)值,是具有合理性和科學(xué)依據(jù)的。

表1 北京水資源利用系統(tǒng)動力學(xué)模型情景設(shè)計

氣候變化型情景中降水?dāng)?shù)據(jù)是基于A1B CO2排放情景下代表濕潤(UKMO_ HADCM3模型)、正常(CSIRO_MK3模型)和干旱(CNRM_CM3模型)氣候的3種大氣環(huán)流模型(General Circulation Model,GCM),利用delta變化法對數(shù)據(jù)進(jìn)行降尺度和偏差修正處理,3種GCM下參考蒸散發(fā)數(shù)據(jù)由北京氣象臺提供的數(shù)據(jù)生成。南水北調(diào)型情景HA-SNWDP考慮了2014年12月27日開始每年向北京供水12億m3的中線工程的影響,模型中使用“IF THEN ELSE”語句來輸入這一變量。

2 結(jié)果與分析

2.1 北京水資源生態(tài)足跡預(yù)測

圖3是2022—2030年北京各情景人均水資源生態(tài)足跡曲線,表2是2022—2030年北京各情景下水資源生態(tài)足跡指標(biāo)平均值,從中可看出,除情景CC-wet外,其余情景人均水資源生態(tài)足跡均呈波動下降趨勢,其中情景BAU人均水資源生態(tài)足跡均值0.430 hm2/人,由2022年的0.419 hm2/人降為2030年的0.376 hm2/人,下降10.26%;情景CC-normal和CC-dry人均水資源生態(tài)足跡均值分別為0.426、0.463 hm2/人,由2022年的0.425、0.469 hm2/人降為2030年的0.415、0.448 hm2/人,分別下降2.35%、4.48%;情景HA-ED、HA-SNWDP、HA-LWC人均水資源生態(tài)足跡均值分別為0.475、0.425、0.427 hm2/人,由2022年的0.453、0.414、0.416 hm2/人降為2030年的0.396、0.375、0.373 hm2/人,分別下降12.58%、9.42%、10.34%;情景CS1、CS2和CS3人均水資源生態(tài)足跡均值分別為0.469、0.472、0.466 hm2/人,由2022年的0.443、0.450、0.440 hm2/人降為2030年的0.392、0.393、0.385 hm2/人,分別下降11.51%、12.67%、12.50%。情景CC-wet人均水資源生態(tài)足跡呈波動上升趨勢,均值0.414 hm2/人,由2022年的0.398 hm2/人升為2030年的0.404 hm2/人,上升1.49%?？傮w而言,對于人均水資源生態(tài)足跡,情景CC-dry>BAU>CC-normal>CC-wet,情景HA-ED>BAU>HA-LWC>HA-SNWDP,情景CS2>CS1>CS3>BAU。以上分析說明,氣候變化對北京人均水資源生態(tài)足跡有較大影響,南水北調(diào)工程和畜牧業(yè)節(jié)水對人均水資源生態(tài)足跡影響較小。

表2 2022—2030年北京各情景下水資源生態(tài)足跡指標(biāo)平均值

a)氣候變化的影響

圖4是北京各情景水資源生態(tài)足跡平均組成,從中可看出,所有情景生活用水生態(tài)足跡占比(35.197%～39.523%)最高,農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡占比(23.943%～32.857%)次之,工業(yè)和環(huán)境用水生態(tài)足跡占比(分別為15.889%～23.259%和15.677%～17.971%)最小。不同情景北京水資源生態(tài)足跡平均組成略有不同。對于氣候變化情景,干旱氣候會擴(kuò)大農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡占比,縮小其他用水生態(tài)足跡占比;對于人類活動情景,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展會擴(kuò)大工業(yè)用水生態(tài)足跡占比,縮小其他用水生態(tài)足跡占比;對于綜合情景,水資源生態(tài)足跡組成變化微小,3種綜合情景中各用水生態(tài)足跡占比幾乎相同。

圖4 2022—2030年北京各情景下水資源生態(tài)足跡平均組成

不同情景對北京水資源生態(tài)承載力影響各不相同(圖5):3種氣候變化情景對水資源生態(tài)承載力影響較小且相差不大;南水北調(diào)工程對水資源生態(tài)承載力有很大影響,該情景人均水資源生態(tài)承載力最大;經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對水資源生態(tài)承載力有一定影響,且大于氣候變化和畜牧業(yè)節(jié)水的影響;畜牧業(yè)節(jié)水對水資源生態(tài)承載力幾乎沒有影響。所有情景下北京人均水資源生態(tài)承載力均呈下降趨勢,其中情景BAU人均水資源生態(tài)承載力均值0.101 hm2/人(表2),由2022年的0.106 hm2/人降為2030年的0.096 hm2/人,下降9.21%;情景CC-wet、CC-normal和CC-dry人均水資源生態(tài)承載力均值均為0.101 hm2/人,由2022年的0.106、0.105、0.105 hm2/人降為2030年的0.096、0.096、0.096 hm2/人,分別下降9.12%、9.17%、9.34%;情景HA-ED、HA-SNWDP、HA-LWC人均水資源生態(tài)承載力均值分別為0.108、0.132、0.101 hm2/人,由2022年的0.111、0.140、0.106 hm2/人降為2030年的0.09 9、0.124、0.09 6 hm2/人,分別下降10.43%、11.42%、9.21%;情景CS1、CS2和CS3人均水資源生態(tài)承載力均值分別為0.139、0.108、0.139 hm2/人,由2022年的0.144、0.111、0.144 hm2/人降為2030年的0.127、0.099、0.126 hm2/人,分別下降12.24%、10.56%、12.65%。

a)氣候變化的影響

2022—2030年所有情景下北京人均水資源生態(tài)承載力始終小于人均水資源生態(tài)足跡,導(dǎo)致出現(xiàn)水資源生態(tài)赤字(圖6),但不同情景人均水資源生態(tài)赤字呈不同變化趨勢:除情景CC-wet人均水資源生態(tài)赤字呈波動上升趨勢外,其余情景人均水資源生態(tài)赤字呈波動下降趨勢。情景BAU人均水資源生態(tài)赤字均值0.329 hm2/人,由2022年的0.314 hm2/人降為2030年的0.280 hm2/人,下降10.83%;情景CC-normal和CC-dry人均水資源生態(tài)赤字均值分別為0.325、0.363 hm2/人,由2022年的0.319 3、0.364 0 hm2/人降為2030年的0.319 2、0.352 0 hm2/人,分別下降0.01%、3.13%;情景HA-ED、HA-SNWDP和HA-LWC人均水資源生態(tài)赤字均值分別為0.367、0.293、0.326 hm2/人,由2022年的0.342、0.274、0.311 hm2/人降為2030年的0.297、0.251、0.277 hm2/人,分別下降13.22%、8.46%、10.84%;情景CS1、CS2和CS3人均水資源生態(tài)赤字均值分別為0.330、0.364、0.327 hm2/人,由2022年的0.298、0.339、0.295降為2030年的0.265、0.293、0.259,分別下降11.23%、13.53%、12.22%。情景CC-wet人均水資源生態(tài)赤字均值0.313 hm2/人,由2022年的0.292 hm2/人升為2030年的0.308 hm2/人,上升5.54%。與情景BAU相比,干旱氣候條件下北京會出現(xiàn)較大水資源生態(tài)赤字,而濕潤和正常氣候條件下水資源生態(tài)赤字有一定程度下降,說明氣候越干旱,北京水資源生態(tài)赤字程度越嚴(yán)重,水資源不可持續(xù)利用越強(qiáng)。對于3類人類活動情景,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展會使北京水資源生態(tài)赤字有較大程度增大,南水北調(diào)工程則會使水資源生態(tài)赤字出現(xiàn)較大下降,而畜牧業(yè)節(jié)水則會產(chǎn)生較小影響,人均水資源生態(tài)赤字幾乎和情景BAU相同,說明經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展會擴(kuò)大北京水資源生態(tài)赤字,加劇水資源供需平衡壓力,而南水北調(diào)工程則能縮小北京水資源生態(tài)赤字,緩解水資源短缺程度。

a)氣候變化的影響

2022—2030年所有情景下北京水資源生態(tài)壓力指數(shù)均大于1且呈波動變化趨勢(圖7),其中情景BAU、HA-ED、HA-LWC和CS2下該指標(biāo)呈波動下降趨勢,情景CC-wet、CC-normal、CC-dry、HA-SNWDP、CS1和CS3下該指標(biāo)呈波動上升趨勢,說明這些情景下北京都將面臨水資源生態(tài)足跡大于水資源生態(tài)承載力及水資源不安全利用的局面。情景BAU水資源生態(tài)壓力指數(shù)均值4.258,由2022年的3.973降為2030年的3.920,下降1.34%;情景CC-wet、CC-normal和CC-dry水資源生態(tài)壓力指數(shù)均值分別為4.099、4.230、4.608(表2),由2022年的3.768、4.027、4.451升為2030年的4.214、4.333、4.688,分別上升11.85%、7.58%、5.31%;情景HA-ED和HA-LWC水資源生態(tài)壓力指數(shù)均值分別為4.382、4.226,由2022年的4.088、3.941降為2030年的3.992、3.888,分別下降2.35%、1.34%;情景HA-SNWDP水資源生態(tài)壓力指數(shù)均值3.225,由2022年的2.958升為2030年的3.023,上升2.21%;情景CS1和CS3水資源生態(tài)壓力指數(shù)均值分別為3.371、3.347,由2022年的3.066、3.043升為2030年的3.090、3.053,分別上升0.77%、0.33%;情景CS2水資源生態(tài)壓力指數(shù)均值4.353,由2022年的4.059降為2030年的3.957,下降2.50%。干旱氣候條件下水資源生態(tài)壓力指數(shù)顯著大于濕潤和正常氣候條件及現(xiàn)狀保持情景,表明干旱氣候條件會造成水資源壓力增大。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和畜牧業(yè)節(jié)水等情景下水資源生態(tài)壓力指數(shù)和現(xiàn)狀保持情景相差不大,但南水北調(diào)工程能顯著降低水資源生態(tài)壓力指數(shù),即能緩解北京的水資源生態(tài)壓力,促進(jìn)水資源可持續(xù)利用。

a)氣候變化的影響

水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度表征區(qū)域用水效率高低,其值越小,用水效率越高。2022—2030年,所有情景下北京水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度均呈顯著下降趨勢(圖8),表明北京水資源利用效率在提高。與情景BAU相比,干旱氣候條件能使得水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度增大,而經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展則會使得水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度顯著下降,這是因為干旱會導(dǎo)致用水量增加從而增大水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度,而節(jié)水技術(shù)與用水效率都會隨經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展而提高從而降低水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度。其他氣候變化和人類活動情景下水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度與現(xiàn)狀保持情景相差不大,表明其他情景對水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度的作用較小。綜合考慮各種人類活動情景下,水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度顯著下降。情景BAU水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度均值0.022 hm2/萬元,由2022年的0.027 hm2/萬元降為2030年的0.014 hm2/萬元,下降48.51%;情景CC-wet、CC-normal和CC-dry水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度均值分別為0.021、0.022、0.024 hm2/萬元,由2022年的0.026、0.028、0.031 hm2/萬元降為2030年的0.015、0.016、0.017 hm2/萬元,分別下降42.19%、44.05%、44.54%;情景HA-ED、HA-SNWDP和HA-LWC水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度均值分別為0.013、0.023、0.022 hm2/萬元,由2022年的0.020、0.029、0.027 hm2/萬元降為2030年的0.005、0.014、0.014 hm2/萬元,分別下降74.05%、51.12%、48.58%;情景CS1、CS2和CS3水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度均值均為0.013 hm2/萬元,由2022年的0.022、0.020、0.022 hm2/萬元降為2030年的0.005、0.005、0.005 hm2/萬元,分別下降77.28%、74.18%、77.98%。

a)氣候變化的影響

2.2 變化環(huán)境影響分析

氣候變化和人類活動對北京水資源生態(tài)足跡及指標(biāo)影響程度不同(表3)。與情景BAU相比,氣候干濕程度對水資源生態(tài)足跡和生態(tài)赤字有較大影響,干旱氣候使得人均水資源生態(tài)足跡和生態(tài)赤字分別增大7.84%、8.23%,而濕潤與正常氣候則會使得人均水資源生態(tài)足跡和生態(tài)赤字分別下降3.74%、0.84%,4.92%、1.05%;與此類似,氣候干濕程度對水資源生態(tài)壓力指數(shù)和生態(tài)足跡強(qiáng)度有較顯著影響,干旱氣候下水資源生態(tài)壓力指數(shù)和生態(tài)足跡強(qiáng)度分別增大8.23%、10.19%,而濕潤和正常氣候下水資源生態(tài)壓力指數(shù)和生態(tài)足跡強(qiáng)度分別下降3.73%、0.65%,4.83%、0.43%;而氣候條件則對水資源生態(tài)承載力產(chǎn)生較微弱影響。綜合來看,在未來不同氣候條件下,氣候越濕潤,北京可用水資源量就越多,水資源生態(tài)足跡、生態(tài)赤字、生態(tài)壓力及生態(tài)足跡強(qiáng)度越小;反之,氣候越干旱,北京可用水資源量則越少,與水資源生態(tài)足跡相關(guān)壓力就越大。

表3 2022—2030年北京各情景下水資源生態(tài)足跡指標(biāo)相比于情景BAU的增減率 %

對于人類活動的影響,一方面,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對北京水資源生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字和生態(tài)壓力指數(shù)產(chǎn)生較明顯影響,它們相對情景BAU分別增長10.58%、7.39%、11.56%、2.92%。這是因為經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要大量水資源來支撐,從而會增大水資源生態(tài)足跡、生態(tài)赤字和生態(tài)壓力指數(shù);而在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時,其產(chǎn)生的污廢水回用量也會增加,在模型中這部分水是北京水資源量的一部分,它的增加導(dǎo)致了水資源承載力的增大。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下,北京GDP總量在快速增長,導(dǎo)致水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度快速下降(與情景BAU相比下降42.17%)。另一方面,南水北調(diào)工程有著不一樣的作用。在南水北調(diào)工程引水入京的情況下,北京人均水資源生態(tài)承載力急劇增長30.73%,而人均水資源生態(tài)足跡、生態(tài)赤字和生態(tài)壓力指數(shù)則顯著下降1.03%、10.77%、24.26%,水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度上升4.91%。這說明,歸功于水資源生態(tài)承載力的快速增長,南水北調(diào)工程對于北京水資源生態(tài)足跡和生態(tài)赤字有立竿見影的縮減效果,這對于北京水資源可持續(xù)利用有積極的作用。而畜牧業(yè)節(jié)水措施的采用則對于北京市水資源生態(tài)足跡相關(guān)指標(biāo)有較小影響,人均水資源生態(tài)足跡、生態(tài)赤字、生態(tài)壓力指數(shù)和生態(tài)足跡強(qiáng)度僅僅下降0.68%、0.90%、0.73%、1.01%。

綜合發(fā)展情景是經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、南水北調(diào)工程和畜牧業(yè)節(jié)水等的綜合,其影響是它們的結(jié)合。如果同時考慮經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和南水北調(diào)工程,那么該情景人均水資源生態(tài)承載力(增長37.81%)、水資源生態(tài)壓力指數(shù)(下降20.83%)和水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度(下降38.61%)均出現(xiàn)較大變化,人均水資源生態(tài)足跡(增長9.12%)也有較明顯增長,這是經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和南水北調(diào)工程共同作用的結(jié)果。如果同時考慮經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和畜牧業(yè)節(jié)水,那么該情景人均水資源生態(tài)赤字(增長10.64%)和水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度(下降42.78%)變化較大,其余指標(biāo)變化較小。而如果同時考慮經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、南水北調(diào)工程和畜牧業(yè)節(jié)水,那么人均水資源生態(tài)足跡(增長8.34%)、人均水資源生態(tài)承載力(增長37.79%)、水資源生態(tài)壓力指數(shù)(下降21.40%)和水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度(下降39.44%)變化較大。

為保障北京水資源的可持續(xù)利用,一方面需針對氣候變化采取措施,在滿足干旱條件下各部門用水需求前提下保障北京水資源可持續(xù)利用。另一方面,政府決策部門要根據(jù)北京水資源利用實際制定發(fā)展目標(biāo),既要兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展,又要保障水資源可持續(xù)利用;同時,較低的水資源生態(tài)足跡是保障水資源可持續(xù)利用的重要途徑,北京在未來要充分利用南水北調(diào)工程引水,在提高全社會節(jié)水意識和促進(jìn)節(jié)水技術(shù)發(fā)展的同時不斷提高生產(chǎn)、生活用水效率,多管齊下保障北京水資源可持續(xù)利用。

3 結(jié)論

a)2022—2030年,北京水資源生態(tài)足跡呈波動下降趨勢(情景CC-wet除外),水資源生態(tài)承載力呈下降趨勢,水資源生態(tài)赤字均值范圍0.293～0.367 hm2/人;水資源生態(tài)壓力指數(shù)大于1且呈波動變化趨勢,北京將面臨水資源不安全利用局面;水資源生態(tài)足跡強(qiáng)度呈顯著下降趨勢,北京水資源利用效率不斷提高。

b)在不同氣候條件下,氣候越濕潤,北京水資源生態(tài)足跡、生態(tài)赤字、生態(tài)壓力及生態(tài)足跡強(qiáng)度越小;反之,氣候越干旱,與水資源生態(tài)足跡相關(guān)壓力就越大。氣候干濕程度與水資源量多寡直接相關(guān),會直接影響水資源生態(tài)足跡、生態(tài)赤字和生態(tài)壓力。

c)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對北京水資源生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字和生態(tài)壓力指數(shù)產(chǎn)生較明顯影響;南水北調(diào)工程對北京水資源生態(tài)足跡和生態(tài)赤字有立竿見影的縮減效果;畜牧業(yè)節(jié)水措施則影響較小。

d)北京在未來發(fā)展中要兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源保護(hù),采取措施應(yīng)對氣候變化,充分利用南水北調(diào)工程,不斷提高節(jié)水意識和用水效率,多管齊下促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和水資源可持續(xù)發(fā)展。