渾太流域生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與驅(qū)動(dòng)因素探究

孫志強(qiáng)

(鐵嶺市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 鐵嶺 112000)

人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展使人們對(duì)水資源的需求不斷增加，而水污染和氣候變化等問(wèn)題則使水的供應(yīng)減少，這不僅成為限制國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要制約因素，而且對(duì)社會(huì)的健康發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。水是一種重要的自然資本，可持續(xù)性是自然資本管理的核心，而水的生態(tài)足跡是評(píng)估水可持續(xù)性的關(guān)鍵指標(biāo)之一。生態(tài)足跡，又稱“生態(tài)占用”，是指一定數(shù)量的人在一定的生活方式下所消費(fèi)的自然生態(tài)系統(tǒng)所提供的商品和服務(wù)的數(shù)量，以及環(huán)境(生態(tài)系統(tǒng))在此過(guò)程中產(chǎn)生的廢物量，以生物生產(chǎn)用地(或水域)面積表示的一種操作性量化方法。

現(xiàn)已在全球、國(guó)家、城市和個(gè)人層面上被廣泛使用。根據(jù)周文華等人提出的定義，任何特定人口的水生生態(tài)足跡是指它為生產(chǎn)它所消耗的水資源和服務(wù)以及為利用現(xiàn)有技術(shù)同化它所產(chǎn)生的廢物而占用的生物生產(chǎn)用地[1-2]。目前，中國(guó)正在開(kāi)展一些關(guān)于水資源現(xiàn)狀、水需求評(píng)估和水容量評(píng)估的研究，為水資源進(jìn)一步優(yōu)化配置和決策管理提供理論依據(jù)，但是對(duì)生態(tài)足跡的分析卻少之又少。如今，水資源供需之間的不匹配越來(lái)越明顯，水環(huán)境也在退化，水資源的供需平衡是可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一個(gè)越來(lái)越重要的因素，分析一個(gè)地區(qū)的水資源供需平衡是一個(gè)具有重大社會(huì)意義的問(wèn)題。在我國(guó)，一些學(xué)者對(duì)水的生態(tài)足跡進(jìn)行了大量的研究。許多學(xué)者在計(jì)算生態(tài)足跡的基礎(chǔ)上，逐步開(kāi)展了生態(tài)足跡的預(yù)測(cè)，根據(jù)目前水資源生態(tài)足跡的研究成果，可分為兩個(gè)部分：水資源評(píng)價(jià)指數(shù)和衡量水資源現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)水資源趨勢(shì)的模型，主要集中在城市水資源生態(tài)足跡預(yù)測(cè)方面；然而，有關(guān)對(duì)流域生態(tài)足跡分析的研究甚少。渾太流域是遼寧省第二大流域，有兩條主要河流渾河和太子河，穿過(guò)遼寧省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的城鎮(zhèn)和地區(qū)。近年來(lái)，在該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的情況下，缺水和污染問(wèn)題已成為該流域發(fā)展的主要障礙[3-4]。為了給流域水資源配置和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃提供參考，有必要對(duì)流域水資源的可持續(xù)利用程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，本文采用SD-EF模型分析該流域的生態(tài)足跡。

1 模型原理

首先，利用SD-EF模型對(duì)流域生態(tài)承載力進(jìn)行分析：

(1)

式中，ECr—年平均水生態(tài)承載力，hm2；e—生態(tài)能量替代循環(huán)值(sej)。

P能量密度的實(shí)際值表示為：

(2)

計(jì)算一個(gè)地區(qū)的初始水生態(tài)系統(tǒng)維持能力的EC0公式為：

(3)

式中，i—生態(tài)系統(tǒng)資源要素類(lèi)別；Ci—每種類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)要素的計(jì)算承載能力值；yi——生態(tài)資源人均值，hm2；Ti—不同生態(tài)要素的換算系數(shù)。

河流流域的生態(tài)足跡是根據(jù)計(jì)算出的河流流域的生態(tài)承載能力來(lái)估算的，計(jì)算公式為：

(4)

式中，EF—年均生態(tài)足跡計(jì)算值，hm2；i—污染源類(lèi)別；ai—不同類(lèi)別的平均計(jì)算生態(tài)足跡，hm2；Ci—不同類(lèi)別的居民人均污染負(fù)荷。

通過(guò)將社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與流域分析的數(shù)據(jù)相結(jié)合，根據(jù)SD-EF模型來(lái)測(cè)算該流域的生態(tài)足跡，以及分析其驅(qū)動(dòng)因素。

2 模型應(yīng)用

2.1 渾太流域概況

渾太流域發(fā)源于遼寧清原縣灣甸子鎮(zhèn)，流經(jīng)撫順、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山、盤(pán)錦及營(yíng)口，該河流長(zhǎng)495km，流域面積28260km2。主要由渾河和太子河組成，是中國(guó)遼寧省乃至東北地區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)中心。遭受著較為嚴(yán)重的工業(yè)點(diǎn)源污染，水污染問(wèn)題突出。

2.2 模型參數(shù)設(shè)置

SD-EF模型的參數(shù)設(shè)置是根據(jù)渾太流域水資源公報(bào)、沿途各市社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒和區(qū)域經(jīng)濟(jì)規(guī)劃數(shù)據(jù)確定的，其參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 分析模型參數(shù)設(shè)置

2.3 模型方程構(gòu)建

SD-EF模型采用統(tǒng)計(jì)回歸原理，建立影響流域生態(tài)足跡因素的回歸方程，以達(dá)到和預(yù)測(cè)生態(tài)足跡目的。本文用F檢驗(yàn)和SPSS統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)對(duì)不同的回歸方程進(jìn)行了檢驗(yàn)和分析，分析預(yù)測(cè)流域生態(tài)足跡的最佳回歸方程。SD-EF模型各方程統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)見(jiàn)表2。

表2 SD-EF模型各方程的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

由表2可知，其相關(guān)系數(shù)R2是最優(yōu)的，F(xiàn)檢驗(yàn)的值和SPSS檢驗(yàn)的值都是最小的，所以可以認(rèn)為回歸方程符合檢驗(yàn)要求，不同的回歸方程顯示，相關(guān)系數(shù)最低的是二次冪函數(shù)，F(xiàn)檢驗(yàn)和SPSS檢驗(yàn)值也是最小的，可以用來(lái)構(gòu)建基于模型參數(shù)的變量的模型回歸方程。參照該流域的水資源公報(bào)和社會(huì)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為模型構(gòu)建回歸樣本數(shù)據(jù)系列，生態(tài)足跡及生態(tài)承載能力的測(cè)度值為方程目標(biāo)函數(shù)，回歸變量是流域的各種要素變量，建立各要素變量的目標(biāo)函數(shù)和二次冪函數(shù)，分析和計(jì)算生態(tài)足跡和生態(tài)承載力。

2.4 模型檢驗(yàn)分析

根據(jù)模型設(shè)計(jì)，在不同的檢驗(yàn)水平上，用F檢驗(yàn)和T檢驗(yàn)來(lái)分析模型的生態(tài)足跡的均方差，檢查模型計(jì)算的準(zhǔn)確性是否符合要求，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

各檢驗(yàn)水平的均方差顯示，隨著F和T檢驗(yàn)水平的提高，模型測(cè)得的平均人均生態(tài)足跡顯示出遞減的變化性。這說(shuō)明，所建立的模型與流域平均生態(tài)足跡變化模型是一致的。這可以從檢驗(yàn)值中看出，兩種檢驗(yàn)得到的SD-EF模型檢驗(yàn)值符合模型檢驗(yàn)的要求。每個(gè)檢驗(yàn)水平的均方差得分顯示，隨著檢驗(yàn)水平的提高，均方差得分越低，模型測(cè)試的準(zhǔn)確性就越高。每個(gè)檢驗(yàn)水平的均方差得分表明，隨著檢驗(yàn)水平的提高，均方差得分就會(huì)越低，其檢驗(yàn)的準(zhǔn)確度越高[5-7]。分析表明，在T檢驗(yàn)中，每個(gè)檢驗(yàn)水平的均方差沒(méi)有明顯的模式，而在F檢驗(yàn)中，均方差隨著檢驗(yàn)水平的提高而減少。

2.5 生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)

以SD-EF模型為基礎(chǔ)，對(duì)2014—2021年及未來(lái)規(guī)劃年的渾太流域生態(tài)足跡進(jìn)行了動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和分析，結(jié)果見(jiàn)表4—5。

表4 水生態(tài)足跡測(cè)度分析

表5 水生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)分析

渾太流域現(xiàn)狀年(2014—2021年)的生態(tài)足跡分析表明，耗水和水污染是生態(tài)足跡的兩個(gè)主要組成部分，占總生態(tài)足跡指標(biāo)的50%以上，其中耗水和水污染是本地產(chǎn)生的，而不是由流域產(chǎn)生的，水的消耗和水的污染率比自然流域高。對(duì)各年水生態(tài)足跡變化的研究表明，該地區(qū)水生態(tài)足跡均值逐年減少，平均每年減少0.1245hm2，土地生態(tài)足跡的最大變化發(fā)生在城市地區(qū)，其他類(lèi)型的土地使用對(duì)生態(tài)足跡的影響較小。利用SD-EF模型和流域規(guī)劃相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)流域生態(tài)足跡的未來(lái)狀況進(jìn)行了動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示，該流域的生態(tài)足跡已明顯減少，主要是該流域增加了相應(yīng)的生態(tài)管理措施，降低了水資源消耗和水污染影響的比例，使該地區(qū)的水生態(tài)資源更具可持續(xù)性[8-10]。隨著水生態(tài)足跡的變化，該地區(qū)的水生態(tài)承載能力得到提高，變化的平穩(wěn)性也在增加。

2.6 驅(qū)動(dòng)因素分析

對(duì)影響流域生態(tài)足跡的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析其敏感度，見(jiàn)表6。

分析結(jié)果顯示，3個(gè)對(duì)生態(tài)足跡的影響的敏感度為0～0.05，7個(gè)的敏感度為0.05～0.10。水生每個(gè)水生態(tài)足跡影響因素的敏感性都小于0.10。所有影響因素都能通過(guò)敏感度測(cè)試，這說(shuō)明所有因素都在不同程度上影響著水生態(tài)足跡，每個(gè)因素的敏感性分析結(jié)果顯示，主要在城市和農(nóng)村地區(qū)的家庭用水對(duì)水生態(tài)足跡的敏感性有很高的影響。渾太流域是遼寧省的一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，大部分農(nóng)業(yè)灌溉都在這里進(jìn)行，對(duì)水的生態(tài)足跡有很大影響，與灌溉水分配相比，灌溉水的效率是最不敏感的，因?yàn)槠溆绊懴鄬?duì)較小。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著流域生態(tài)治理措施的加強(qiáng)，用水量和水污染的比例有所降低，地區(qū)水生態(tài)資源可持續(xù)性得到提高。隨著生態(tài)足跡的改變，當(dāng)?shù)厮w的生態(tài)承載能力得到改善，變化的穩(wěn)定性將得到增強(qiáng)，生活用水對(duì)生態(tài)足跡有重大影響，其次是用于灌溉的水量，該流域是遼寧省的主要農(nóng)業(yè)區(qū)，灌溉用水量較大，對(duì)生態(tài)足跡的影響也很大。與灌溉用水定額相比，灌溉效率的相對(duì)影響較小，靈敏度最低。渾太流域生態(tài)治理的逐步加強(qiáng)，在一定程度上遏制了該地區(qū)的水污染和用水量，已經(jīng)減少了工業(yè)和生活廢水的排放，減輕了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，完善的生態(tài)治理措施使流域的生態(tài)承載力得到了有效提高。完善渾太流域水生態(tài)足跡規(guī)劃年，保護(hù)區(qū)域內(nèi)水生態(tài)的健康發(fā)展，除了需要調(diào)整區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少農(nóng)業(yè)面源污染外，重點(diǎn)是減少流域內(nèi)點(diǎn)源污染排放，對(duì)點(diǎn)源污染排放進(jìn)行控制或水處理，以減少城市地區(qū)的點(diǎn)源污染。

總的來(lái)說(shuō)，渾太流域的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)受到了威脅，未來(lái)的發(fā)展應(yīng)提高土地資源的生產(chǎn)力，有效合理土地資源，增加單位面積的有機(jī)生產(chǎn)和生態(tài)服務(wù)。使人們的生產(chǎn)方式得以改變，創(chuàng)造可持續(xù)的消費(fèi)體系，節(jié)約不可再生資源。