河源市水資源生態(tài)足跡與水資源可持續(xù)利用分析

尹詩婷

(廣東省水文局 惠州水文分局，廣東 惠州 516003)

1 概述

水資源作為一種重要的自然資源，不僅是人類賴以生存發(fā)展的戰(zhàn)略性自然資源，而且對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和促進(jìn)人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有著極其重要的作用。因此全人類生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展和社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)增長之間的有益平衡是建立在合理利用、開發(fā)水資源上的基礎(chǔ)上[1]，而在眾多關(guān)于水資源利用研究分析中，因?yàn)樵u(píng)估水資源指標(biāo)量化標(biāo)準(zhǔn)不一，有較多的影響因素，導(dǎo)致了地區(qū)水資源評(píng)估結(jié)果的差異性和不確定性。 因此，要想合理且有效地分析區(qū)域水資源的可持續(xù)利用情況，需要選擇適當(dāng)?shù)姆治鲈u(píng)估方法[2-3]。 現(xiàn)在較為流行的水資源分析評(píng)估方法有4種，這些方法各有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。 一是指標(biāo)體系評(píng)價(jià)法[4]，把指標(biāo)進(jìn)行定量化分析，但因?yàn)橹笜?biāo)多元化，所以并沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且指標(biāo)之間缺少關(guān)聯(lián)性的分析；二是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[5]，雖然對(duì)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分析，評(píng)估結(jié)果也較為符合事實(shí)情況，但這種方法操作較難，對(duì)數(shù)據(jù)的要求極高；三是密切值法[6]，能對(duì)多元-多屬性-多指標(biāo)對(duì)象的價(jià)值進(jìn)行評(píng)估及優(yōu)選，但易造成指標(biāo)權(quán)重系數(shù)偏差大，一定程度上影響了水資源評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性；四是生態(tài)足跡法[7-8]，是衡量一個(gè)地區(qū)在生產(chǎn)和生活過程中對(duì)水資源的實(shí)際利用情況以及其所在區(qū)域范圍內(nèi)水資源可持續(xù)利用的能力之間的差距，從生態(tài)學(xué)出發(fā)推算地區(qū)水資源發(fā)展程度和可持續(xù)情況，相比其他幾種方法計(jì)算和操作上都相對(duì)簡(jiǎn)單，且分析成果合理。因此本文將采取第4種方法來創(chuàng)建河源市的水資源生態(tài)足跡模型。

河源市是廣東省典型的山區(qū)城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后，但卻擁有優(yōu)質(zhì)的水資源，而隨著廣東經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的地區(qū)對(duì)水資源有著強(qiáng)烈需求，因此，河源市優(yōu)質(zhì)的水資源背后的資本價(jià)值將逐漸提高?，F(xiàn)通過水資源生態(tài)足跡法對(duì)河源市水資源進(jìn)行深入研究，評(píng)價(jià)河源市的水資源發(fā)展現(xiàn)狀是否良性，為河源市合理開發(fā)利用水權(quán)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的平衡提供建議。

2 區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

2.1 區(qū)域概況

河源市位于廣東省東北部，是珠江三角洲經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的一部分，地處東江中上游，北緯23°10′～24°47′，東經(jīng)114°14′～115°36′。全市面積1.57萬km2，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛，4—9月主要受強(qiáng)對(duì)流和熱帶氣旋(臺(tái)風(fēng))影響，降雨集中。常年平均氣溫20.7℃，常年總降水量為1 767.2 mm，常年日照時(shí)數(shù)為1 687.0 h。河源生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，水環(huán)境質(zhì)量、空氣質(zhì)量等常年保持優(yōu)良水平，還有許多大型水庫和水電站，主要分布在東江、韓江和北江。河源區(qū)域內(nèi)的大中型水庫蓄水量也占全省的近50%，擁有豐富的水資源是河源市明顯的生態(tài)特征。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本研究中所采用的人口數(shù)量、GDP、水資源(用水量、水資源總量)等數(shù)據(jù)主要選自《廣東省水資源公報(bào)》(2012—2021年)和《河源市統(tǒng)計(jì)年鑒》(2012—2021年)。

3 研究模型

3.1 水資源生態(tài)足跡模型

生態(tài)足跡[9]體現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)的水資源消耗程度，映現(xiàn)該地區(qū)社會(huì)發(fā)展所耗費(fèi)的水資源總量。本文結(jié)合河源市具體情況以及水資源生態(tài)足跡的內(nèi)容和特性，對(duì)生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水進(jìn)行綜合分析；水資源生態(tài)足跡公式如式(1)所示。

EFw=N×efw=N×γw(W/ρw)

(1)

式中：

EFW——水資源生態(tài)足跡，hm2；

efw——人均水資源生態(tài)足跡，hm2/人；

N——常住人口數(shù)，萬人；

γw——全球水資源均衡因子；

W——區(qū)域水資源用水總量，m3；

ρw——全球水資源平均生產(chǎn)能力，m3/hm2。

參考黃林楠報(bào)告中的相關(guān)研究成果[10]，γw=5.19；ρw=3 140 m3/hm2。

3.2 水資源生態(tài)承載力

水資源生態(tài)承載力[11]，是多方面考慮在達(dá)到社會(huì)生產(chǎn)良性發(fā)展和生態(tài)環(huán)境用水平衡的要求下所需要消耗的水資源，一定程度上反映了該地區(qū)水資源支持經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)平衡的能力。

ECw=N×ecw=0.4×ψ×γW×Q/ρw

(2)

式中：

ECW——水資源生態(tài)承載力，hm2；

ecw——人均水資源生態(tài)承載力，hm2/人；

Q——水資源總量，m3；

ψ——水資源產(chǎn)量因子，參考陶倩君的相關(guān)研究成果[12]，ψ取3.07。

3.3 水資源生態(tài)盈余/水資源生態(tài)赤字

水資源生態(tài)盈余(赤字)數(shù)值可反映研究地域內(nèi)水資源的可持續(xù)利用情況[9]，當(dāng)Ew<0時(shí)，說明研究區(qū)域水資源難以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，是水資源生態(tài)赤字狀態(tài)；當(dāng)Ew>0時(shí)，說明研究區(qū)域水資源可以有限度地持續(xù)利用，是水資源生態(tài)盈余狀態(tài)；當(dāng)Ew=0時(shí)，說明研究區(qū)域水資源利用正處于臨界狀態(tài)。用公式(3)表示：

Ew=ECw-EFw

(3)

3.4 水資源生態(tài)壓力指數(shù)

水資源生態(tài)壓力指數(shù)Pw反映研究區(qū)域水資源生態(tài)壓力的大小[9]，是研究區(qū)域的人均水資源生態(tài)足跡與人均水資源生態(tài)承載力的比值，當(dāng)Pw=1時(shí)，表明該研究區(qū)域水資源處于臨界狀態(tài)，供需平衡；當(dāng)Pw<1時(shí)，Pw值越小，區(qū)域水資源安全性越高；反之當(dāng)Pw>1時(shí)，Pw值越大，表明該區(qū)域水資源安全受到的威脅越大[13]，水資源供小于求，水資源開發(fā)處于不安全狀態(tài)。用公式(4)表示：

Pw=EFw/ECw

(4)

3.5 萬元GDP水資源生態(tài)足跡

萬元GDP水資源生態(tài)足跡可以衡量區(qū)域內(nèi)水資源的利用效率，可表示為區(qū)域內(nèi)水資源生態(tài)足跡與區(qū)域內(nèi)GDP的比值，其值越大表示該研究區(qū)域水資源利用效率越低，反之越高。用公式(5)表示為：

Gw=EFw/GDP

(5)

4 河源市計(jì)算結(jié)果分析

4.1 計(jì)算結(jié)果

以河源市2012—2021年社會(huì)經(jīng)濟(jì)和各行業(yè)用水量數(shù)據(jù)(見表1)，計(jì)算其水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力(結(jié)果見表2)。

表1 2012—2021年河源市社會(huì)經(jīng)濟(jì)和用水量數(shù)據(jù)

4.2 河源市人均水資源生態(tài)足跡變化情況分析

2012年以來河源市各行業(yè)的水資源生態(tài)足跡變化如圖1所示，其中人均農(nóng)業(yè)用水所占的比例最大，總體上呈上升的趨勢(shì)；人均工業(yè)用水呈逐年下降的趨勢(shì)，占比逐漸減少，表明河源市隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)用水效率得到了提升，節(jié)水意識(shí)也在不斷地增強(qiáng)；人均生活用水總體較為平穩(wěn)，2019年以來呈較小幅度上漲趨勢(shì)，說明近年來隨著河源市人民生活水平逐漸提高，生活用水在水資源配置中占比也越來越大。

圖1 2012—2021年河源市各行業(yè)人均用水生態(tài)足跡

由圖2可知，河源市人均水資源生態(tài)足跡總體呈逐年下降趨勢(shì)，從2012年的最高值1.111 hm2/人，下降到2021年的0.909 hm2/人，多年均值為1.024 hm2/人?？梢姡S著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和科技水平的提升，人均水資源利用率也會(huì)不斷提高，人均水資源生態(tài)足跡越低，越能促進(jìn)城市的穩(wěn)步發(fā)展。

4.3 河源市人均水資源生態(tài)承載力變化情況

由圖2可知，河源市水資源生態(tài)承載力年際波動(dòng)較大，最高年份是2016年的15.901 hm2/人，最低年份是2021年的4.095 hm2/人，可以看出，2012—2021年以來，水資源生態(tài)承載力、和年降水量總體上變化波動(dòng)是十分相似的，不同年份中小的年降水量對(duì)應(yīng)小的水資源生態(tài)承載力。同理，年降水量大的年份，對(duì)應(yīng)較大的水資源生態(tài)承載力，兩者存在明顯的正相關(guān)關(guān)系[14]，因此，一個(gè)地區(qū)的水資源量取決于年降水量的多少，水資源生態(tài)承載力的大小同樣取決于年降水量的大小，他們之間是成正比關(guān)系。

河源市水資源生態(tài)承載力多年均值為10.257 hm2/人，高于廣東省的多年均值[15]；這是因?yàn)楹釉磽碛袞|江、韓江和北江等河流，且擁有新豐江水庫和楓樹壩水庫，水資源總量較大，且年降雨量較為豐富，水資源條件良好，因此河源市人均水資源生態(tài)承載力較好。

4.4 河源市水資源生態(tài)盈虧情況分析

由圖2可知，2012—2021年期間，河源市每年的水資源盈虧指數(shù)Ew均大于0，年均生態(tài)盈余指數(shù)為9.233 hm2/人，可知該地區(qū)水資源的生態(tài)環(huán)境是盈余狀態(tài)，在廣東省處于中等水平[12]，有較大的水資源開發(fā)潛力，生態(tài)狀況良好，能很好地維持河源市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

同時(shí)，河源市水資源生態(tài)盈余變化曲線與年降水量以及人生態(tài)承載力變化趨勢(shì)總體一致，其中2016年有最大盈余數(shù)值，為14.710 hm2/人，而同年的人均水資源承載力和年降雨量均為最高值，為15.797 hm2/人和2 477 mm；水資源生態(tài)盈余值從2020—2021年開始逐年下降，到2021年達(dá)到最低(3.159 hm2/人)，也是人均水資源生態(tài)承載力和年降水量最低的年份，為4.068 hm2/人和1 153.2 mm，主要原因是從2020年開始，降水量逐年減少，導(dǎo)致本地水資源逐年減少，造成2021年人均水資源生態(tài)承載力最低，生態(tài)盈余數(shù)值最低。說明水資源生態(tài)盈余狀態(tài)與人均水資源生態(tài)承載力和年降雨量呈正相關(guān)關(guān)系[16]。

4.5 萬元GDP水資源生態(tài)足跡分析

由圖3可見，河源市萬元GDP水資源在2012年最高(0.553 hm2/人)，在2021年最低(0.203 hm2/人)，2012—2021年是逐年下降的，而河源市的GDP呈現(xiàn)增長趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)的增長自然對(duì)水資源的供給量要求也在增加，但萬元GDP水資源生態(tài)足跡卻與之相反，每年都在減小，證明了隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，同時(shí)企業(yè)和人民群眾越來越重視節(jié)水和生態(tài)保護(hù)，使河源市水資源的利用效率逐年提升，呈現(xiàn)水資源生態(tài)足跡較好的變化。

圖3 2012—2021年河源市萬元GDP水資源生態(tài)足跡變化趨勢(shì)

4.6 水資源生態(tài)壓力指數(shù)分析

由圖4可知，2012—2021年，河源市水資源生態(tài)壓力指數(shù)在0.1～0.3范圍波動(dòng)，按照相關(guān)研究中劃分的壓力指數(shù)EP范圍，當(dāng)EP<0.5時(shí)，表示該研究區(qū)域水資源生態(tài)環(huán)境處于安全狀態(tài)[17]。說明河源市水資源供給量大于開發(fā)量，水資源開發(fā)利用處于健康狀態(tài)。

圖4 2012—2021年河源市水資源生態(tài)壓力指數(shù)變化趨勢(shì)

5 結(jié)語

1)結(jié)合河源市萬元GDP水資源生態(tài)足跡圖表可知，河源市在節(jié)水方面取得了一定成效，水資源利用效率隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展也在逐年提高，可以結(jié)合本地的水權(quán)優(yōu)勢(shì)，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化重組，完善工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，加強(qiáng)技術(shù)支撐，提高再生水利用率，提高水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水資源良性可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略部署。

2)河源市水資源生態(tài)環(huán)境一直處于盈余狀態(tài)，水資源生態(tài)承載力較好，較一些珠三角地區(qū)大得多[12]，因此可以進(jìn)一步挖掘自身優(yōu)勢(shì)，對(duì)水資源進(jìn)行合理地開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)水資源的空間調(diào)配，一方面既可以緩解珠三角缺水地區(qū)的用水困難問題，另一方面又可以依托珠三角地區(qū)的技術(shù)和資金支持，提升自身水利工程短板建設(shè)，進(jìn)一步提高水資源利用率，最終實(shí)現(xiàn)地域之間的資源和技術(shù)互補(bǔ)，達(dá)成區(qū)域間水資源與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3)水資源生態(tài)承載力受年降雨量影響較大，如較為干旱的2021年，水資源生態(tài)承載力為4.095 hm2/人，遠(yuǎn)低于年度均值10.257 hm2/人。雖然河源市水資源豐富，但空間上分布不均勻，受天氣影響大，且河源市農(nóng)業(yè)用水量占比最大，農(nóng)業(yè)需水量最多，節(jié)水空間大[18]，可進(jìn)一步研究高效節(jié)水灌溉，加強(qiáng)水資源管理、推廣高效用水技術(shù)、建設(shè)節(jié)水型社會(huì)等；同時(shí)積極發(fā)展水利工程，提高水資源利用效率。

總體來說，河源市的水文水資源現(xiàn)狀可謂是既有優(yōu)勢(shì)又有挑戰(zhàn)，需要在合理利用水資源的同時(shí)加強(qiáng)對(duì)水資源的保護(hù)和管理。