基于水足跡理論的蘇北地區水資源評價

翁 清，馬 駿，袁 軍

(河海大學商學院，南京 211100)

水資源是一切生物賴以生存和發展的物質基礎，也是支撐一個地區社會經濟可持續發展的重要條件和戰略性資源[1]。社會經濟的不斷發展，水資源合理開發及利用越來越成為實現社會可持續性發展的重要前提。積極探索社會經濟發展與水資源開發利用之間的科學規律，對于區域社會可持續發展具有重要的理論指導作用。

1992年加拿大生態經濟學家William與Wackernagel[2]提出“生態足跡”指標來反映人類的生存和發展對自然生態的脅迫狀況。1993年倫敦大學教授Tony Allan[3]首創“虛擬水”這一概念，并提出釋義：農產品生產過程中耗用的水資源量。2002年荷蘭特溫特大學教授Arjen-Y Hoekstra[4]結合前人“虛擬水”以及“生態足跡”的研究綜述，第一次全面科學的定義了“水足跡”的概念：指一個國家、一個地區或一個人，在一定時間內消費的所有產品和服務所需要的水資源總量。2011年埃塞俄比亞學者Mesfin M Mekonnen與荷蘭學者Arjen Y Hoekstra[5]發布全球水足跡公報，該公報計算了各個國家和地區的水足跡以及生產生活的水資源消耗及污染情況。

2002年水足跡概念問世之后，我國水資源領域的專家學者也不斷探索并深入研究該理論在我國水資源管理評價以及戰略制定方面的應用。2003年程國棟院士[6]在國內最先引入了虛擬水的概念，結合2000年西北地區各省市的虛擬水的計算結果，提出西部虛擬水戰略計劃。劉寶勤[7]等(2005年)綜述了學術界虛擬水的研究現狀，科學系統地總結了虛擬水的定義及定量計算方法，具體闡述了虛擬水理論以及方法研究進展。譚秀娟等[8](2009年)結合全國1949-2007年的水資源數據，計算分析結果表明我國1949-2007年水足跡年均增長率為4.61%，較低的水足跡年增速顯示我國水資源正面臨著巨大的危機。傅春等[9](2011年)利用1989-2008年鄱陽湖流域水足跡計算結果，構建水足跡與流域水資源承載力對比模型，研究表明鄱陽湖流域水足跡的盈余空間在逐年下降。

1 研究區域概況

江蘇北部地區包括徐州、連云港、淮安、鹽城、宿遷等5個省轄市，簡稱“蘇北”。2013年，蘇北五市土地面積5.23萬km2，常住人口2 856萬人。同年，五市GDP分別達到3 475.5、4 435.8、1 785.4、2 155.9、1 706.3億元，分別增長12.3%、11.8%、11.8%、12.0%、12.5%，均高于全省9.6%的平均增速。

蘇北位于黃海入海區域，氣候上屬于典型的溫帶季風氣候。蘇北受到以上海為核心的長江三角洲平原的經濟輻射，是中國沿海經濟發展的重要區域。憑借地處江淮平原的地理優勢，區域內河湖縱橫，生態環境良好，成為我國沿海區域開發戰略中重要的農業和制造業基地。區域年平均降雨量低于蘇南和蘇中地區，且本地降雨和上游來水豐枯變化都很大。《2013年江蘇省水資源公報》顯示，蘇北地區用水量187.6億m3，占全省總用水量的37.5%。從節水指標上看，蘇北地區萬元生產總值用水量138 m3，蘇南、蘇中分別為54、102 m3；蘇北地區萬元工業增加值用水量為21.4 m3，蘇南、蘇中分別為17.4、18.1 m3。蘇北區萬元生產總值用水量和萬元工業增加值用水量明顯高于蘇南、蘇中，因此蘇北地區用水效率遠不如蘇南、蘇中地區。

2 研究方法與數據

2.1 水足跡計算方法

水足跡是從社會消費角度出發，兼顧了社會水資源消費的物質以及社會價值，衡量某個國家或者特定區域的實際水資源消耗量。基于虛擬水和生態足跡的理論基礎，水足跡科學考察了水資源開發利用與社會可持續發展的關系。虛擬水是隱藏在消費產品中無法識別的水資源形式。水足跡是維持人類產品和服務消費所需要的真實水資源數量[10]。人類生產生活中的直接用水量并不是社會水資源消耗的主要部分，大部分的水資源消耗是在市場經濟作用下以虛擬水的形式存在于消費產品中，經濟全球化帶動區域貿易是虛擬水流通的重要前提。一個國家或地區的實際水資源使用量不僅包括區域內產品生產或者服務所需的本地水資源總量，還包括區域進口產品和服務的虛擬水總量。水足跡指標相關計算方法如下，各指標釋義見圖1。

區域水足跡總量：

WFP=IWFP+EWFP

(1)

內部水足跡總量：

IWFP=AWU+IWW+DWW+EWW-VWEdom

(2)

外部水足跡總量：

EWFP=VWI-VWEre-export

(3)

AWU=農業產品單位虛擬水含量×區域總產量

(4)

進出口虛擬水足跡(VWEdom、VWI)=

本地進出口貿易總值/區域總產值×生產需水總量

(5)

圖1 水足跡內涵結構圖Fig.1 Water footprint connotation structure Chart

本文中涉及的各農產品以及動物產品單位虛擬水含量均參考Chapagain和Hoekstra(2004年)全球水資源研究公報中的中國部分農林牧漁產品單位水足跡數據。文中各種農作物和動物產品產量數據均來源于2012-2014年徐州、鹽城、淮安、連云港和宿遷的統計年鑒資料。

工業生產需水量(IWW)、本地居民生活用水量(DWW)以及本地生態環境用水量(EWW)3種水資源消耗量都是以實體水的形式，所以本文對這部分水資源量的計算直接選取2012-2014年徐州、鹽城、淮安、連云港和宿遷的統計年鑒資料中的工業用水、居民用水以及生態環境用水的實際數據作為樣本數據。

2.2 區域水資源評價指標

本文參考2011年戚瑞[1]等基于水足跡理論構建的一套區域水資源評價指標體系，并根據區域實際情況稍作調整。水資源區域水資源評價體系包括水足跡結構、效益指標、水資源安全和可持續性指標。水足跡結構指標反映水資源組成情況，表明區域水資源戰略結構[12]，見圖2。區域水資源評價體系包括水足跡結構、效益指標和水資源安全指標。效益指標又分為內部效益與外部效益兩大組成部分，前者主要衡量區域水資源的社會價值以及科學評價區域水資源對社會經濟的貢獻率，后者外部效益指標主要反映進出口貿易中虛擬水的地位和作用。同時，水資源安全指標是評價區域水足跡狀況的重要組成部分，旨在反映區域水資源的利用情況以及緊缺程度。

圖2 區域水資源評價指標體系Fig.2 Regional water resources evaluation index system

3 水足跡計算

3.1 農作物虛擬水計算

2011-2013年蘇北地區農作物虛擬水計算結果見表1。由表1可知，近3 a來，蘇北地區農作物產量呈穩步增長趨勢，其生產需水量年均增速3.42%。其中糧食的生產需水量最高，這與蘇北地區第一產業發展狀況基本一致，蘇北地區是江蘇省重要的糧食生產基地，區域年均糧食產量占江蘇省糧食總產量的70%左右，不僅滿足省內居民生活需求，更銷往省外地區，具有一定的銷售優勢。其次，蔬菜、水果和油料每年的生產需水量也均在10億m3以上，蔬菜、水果和油料三類農作物的單位虛擬水含量雖然相對不高，但蘇北地區農業發達，蔬菜、水果以及油料的產量較大，故其生產需水量也相對較多。

表1 2011-2013年蘇北地區農作物虛擬水Tab.1 2011-2013 Crop virtual water in Northern Jiangsu

3.2 動物產品虛擬水計算

2011-2013年蘇北地區動物產品虛擬水計算結果見表2。由表2可知，近3 a來，蘇北地區生產需水量年均增速6.82%。其中水產品的生產需水量最大，這是由于蘇北地區位于江淮沂沭泗流域下游的平原水網地區，水域面積1.6 萬km2，占全省地域面積的16%，居全國之首，區域水產養殖業發達，水產品產量占據全省50%以上。其次，蘇北畜牧業中生豬、家禽等養殖數量較多，豬肉、禽肉以及禽蛋產品產量相對較大，其生產需水量相對較大。目前，蘇北地區規模化養殖發展快，各類動物產品產量穩步增長，區域畜牧業已逐步由農村副業發展成為相對獨立的區域產業，更是成為蘇北農村經濟的重要組成部分。

表2 2011-2013年蘇北地區動物產品虛擬水Tab.2 Virtual water of animal products in Northern Jiangsu

3.3 蘇北地區水足跡計算

由表3可得，2011-2013年蘇北地區水足跡為594.51、629.14、661.73億m3，年均增速5.5%。人均水足跡分別為2 068.58、2 187.56、2 380.42 m3/人，年均增速7.29%。內部水足跡構成中，農產品水足跡所占比重最大，生態環境用水量最少。由此可見，農業水足跡是水足跡體系中耗水量最大的組成部分。蘇北地區農業生產需水量所占比例極高，這與蘇北五市農業相對發達有很大關系，蘇北地區地處江淮沂沭泗流域下游的平原水網地區，生態環境優良，是江蘇省重要的農產品生產以及畜牧業規模化發展地區。

表3中進出口貿易虛擬水計算結果顯示，近3 a來，本地進口虛擬水總量(VWEdom)遠低于本地出口虛擬水總量(VWI)。同時，蘇北地區進口再出口虛擬水量極小，對于整個蘇北地區水足跡計算結果的影響可忽略不計。表3計算結果表明蘇北地區虛擬水貿易中，出口貿易占明顯優勢，蘇北地區總體屬于虛擬水外輸的狀態。這也是由于蘇北地處平原水網地區，轄江臨海，扼淮控湖，區域農林牧漁業發展速度較快，糧食、豬肉以及蔬菜等大量農副產品對外輸出，造成出口虛擬水遠超本地進口虛擬水的現狀。

4 蘇北地區水資源利用評價

參照構建的區域水足跡評價指標體系，根據一定的計算方法，表4得到2011-2013年蘇北地區水足跡結構、效益、安全及可持續性指標計算結果。

(1)水足跡結構指標。蘇北地區水資源總量基本能滿足當地社會活動的需求，對區域外的水資源需求不明顯。由于蘇北地區社會經濟的不斷發展，區域水資源自給率(WSS)呈下降趨勢，但仍高于我國平均水資源自給率為84.0%和世界平均水平為93.6%，處于一個較高的水平。這與蘇北地區地處平原水網地區，擁有眾多湖泊，區域內水資源相對豐富密切相關。

表3 2011-2013年蘇北地區水足跡Tab.3 2011-2013 Water footprint in Northern Jiangsu area

表4 2011-2013年蘇北地區水足跡評價Tab.4 2011-2013 Water Footprint Evaluation in Northern Jiangsu area

注：當WFPR>0;1

(2)水足跡效益指標。效益指標又分為內部效益與外部效益，前者主要衡量區域水資源對社會經濟發展的貢獻率。后者旨在評價虛擬水貿易情況。2011-2013年蘇北地區水足跡人口密度逐年降低，土地密度小幅增長，單位水足跡產生的經濟效益較低。主要是由于蘇北地區擁有廣闊的土地面積，農業用地占地面積相對較大，從而導致單位土地面積內人口密度相對較小。單位水足跡經濟效益較低，主要是因為蘇北地區雖然農產品產量大，但其商品化程度較低，有極大一部分僅是耕農自給自足，導致其經濟效益低下。蘇北區域的水資源貿易呈現向外輸出的格局，本地進口虛擬水與外部水足跡的差額，即水足跡凈貿易量分別為21.43、25.34、30.26億m3；2013年水資源貢獻率2.38%；水足跡價格兌換率均大于1，說明在虛擬水貿易方面，2013年蘇北地區出口水足跡具有明顯優勢。

(3)水資源生態安全指標。2011-2013蘇北地區的水資源匱乏指標(WS)和水資源壓力指數(WP)均未超過100%，且相對穩定。說明蘇北地區水資源區基本能滿足當地生產生活需求，水資源結構以及安全情況基本理想，但兩指標數值也略高于50%，表明區域仍承受一定的水資源壓力。

(4)水資源可持續性能指標。2011-2013年蘇北地區水足跡增長指數和可用水資源增長指數不斷下降。結果表明雖然蘇北地區節水試點工作具有一定成效，但仍面臨可持續性利用方面的壓力，需要提高水資源利用效率，全面建設節水型社會。水資源可持續利用指標表明區域水資源為可持續發展狀態。

5 結 語

水足跡是一個用于衡量與人類產品消費量和產品消費模式相聯系的水資源利用效率的新方法[13]。基于水足跡理論的水資源評價具有復雜性和多元性的特征。收集了2011-2013年蘇北地區的水資源相關數據，構建評價體系計算蘇北地區水足跡，并從水足跡結構、效益、生態安全、可持續性4個方面詳細地分析了2011-2013年徐州、連云港、淮安、鹽城、宿遷五市水資源總量、結構以及利用情況，科學評價蘇北地區經濟發展與水資源的內在規律，并得出以下結論。

(1)2011-2013年蘇北地區水足跡分別為594.51、629.14、661.73億m3。人均水足跡分別為2 068.58、2 187.56、2 380.422 m3/人。

(2)2011-2013年蘇北地區水資源自給率均保持在95%以上，區域內部水資源基本滿足當地生產生活需求。水足跡土地密度以及單位水足跡經濟貢獻率雖逐年小幅增長，但數值較低，說明區域內部水資源對社會經濟的貢獻率相對較低，水資源利用效率亟待提高。區域水資源屬于虛擬水貿易輸出型。近三年水資源匱乏指數僅略高于50%，說明目前蘇北地區水資源緊缺度不高，基本能滿足區域水資源供給需求。

(3)以上基于水足跡理論計算結果所反映的真實耗水量顯著大于統計數據所體現的水資源消耗量，原因在于水足跡理論在計算耗水量時全面考慮了生產過程所損耗的虛擬水。而傳統理論方法忽視了虛擬水，只考慮消耗的實體水，所以造成區域真實耗水量與統計耗水量的差距。

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