基于改進生態足跡的朝陽市水資源可持續利用研究

于航++何俊仕

摘要：分析了傳統水資源生態足跡模型的不足，引入水資源可持續利用指數對模型進行改進，計算遼寧省朝陽市2010-2013年水資源生態足跡、水生態承載力、水生態盈虧、萬元GDP水生態足跡、水資源生態壓力指數、水資源可持續利用指數，并分析朝陽市2010-2013年水資源生態足跡變化及水資源可持續利用情況。結果表明，朝陽市2010-2013年平均人均水資源生態足跡為0.267 2 hm2，平均人均水資源生態承載力為0.062 5 hm2，平均人均水資源生態赤字為0.204 7 hm2，平均萬元GDP水生態足跡為0.109 0 hm2，平均水資源壓力指數為4.33，平均水資源可持續利用指數為0.19，水資源利用處于不可持續狀態。

關鍵詞：水資源；生態足跡：生態承載力：可持續利用；生態壓力；朝陽市

中圖分類號：TV213 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）05-0841-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.05.011

Study on Sustainable Utilization of Water Resources in Chaoyang City Based on Improved Ecological Footprint

YU Hang， HE Jun-shi

（College of Water Conservancy， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Abstract：The traditional water resources ecological footprint model was analyzed， and the model was improved by introducing the water resources sustainable utilization index. Water resources ecological footprint， water ecological carrying capacity，water ecological profit and loss， ten thousand yuan GDP water ecological footprint，water resources ecological pressure index，water resources sustainable utilization index of Chaoyang city during 2010 to 2013 were calculated， and the change of ecological footprint and the sustainable utilization of water resources in Chaoyang city during 2010 to 2013 were also analyzed. The results showed that，during 2010 to 2013， per capita water resources ecological footprint of Chaoyang city was 0.267 2 hm2 per capita， water resources ecological carrying capacity was 0.062 5 hm2 per capita，water resources ecological deficit was 0.204 7 hm2， the average million GDP water ecological footprint was 0.109 0 hm2， mean water pressure index was 4.33， and the sustainable utilization index of water resources was 0.19，it indicated that the utilization of water resources was unsustainable.

Key words： water resources； ecological footprint； ecological carrying capacity； sustainable utilization； ecological pressure； Chaoyang city

隨著社會經濟的發展，水資源的需求量不斷增大，水資源的可持續利用受到影響，生態足跡法是由William Rees在20世紀90年代提出的，該方法通過估算維持人類的自然資源消費量和同化人類產生的廢棄物所需要的生態生產性空間面積大小，并與給定人口區域的生態承載力進行比較，來衡量區域的可持續發展狀況[1]。經過不斷的完善，生態足跡法被應用于多個領域，已經成為評價可持續發展狀況最常用的方法。黃林楠等[2]針對生態足跡模型的不足，在模型中設立水資源賬戶，建立了水資源生態足跡和水資源生態承載力計算模型，并以江蘇省為例進行了分析。王儉等[3]以城市為研究對象，用水資源生態足跡模型分析了水資源的可持續利用狀況。張軍等[4]利用生態足跡法研究了疏勒河流域的水資源承載力。張義等[5]針對傳統水資源生態足跡模型的不足，考慮到水環境凈化的功能，對模型進行改進，并應用于廣西。傳統的水資源生態足跡模型中的生態赤字僅能說明地區是否可持續，但是無法準確地描述水資源可持續發展的能力。可持續發展指數可以有效地確定區域水資源可持續能力的大小，將可持續發展指數分為若干等級，更能清楚地體現水資源的可持續利用程度。本研究在傳統水資源生態足跡模型的基礎上，引入了水資源可持續利用指數，以遼寧省朝陽市為例，計算分析了朝陽市2010-2013年的水資源生態足跡，并以水生態赤字、萬元GDP水生態足跡、水資源生態壓力指數、水資源可持續指數4個評價指標對朝陽市水資源可持續利用狀況進行了評價，其結果可為朝陽市水資源的管理提供依據，同時可為其他干旱半干旱地區的水資源可持續利用評價提供參考。

1 研究區域概況與方法

1.1 研究區域概況

朝陽市位于遼寧省西部，屬干旱半干旱地區，位于東經118°50′-121°20′、北緯40°35′-42°20′之間，東部靠近遼寧中部城市群，南臨渤海，西接京、津、唐經濟圈，北靠內蒙古腹地。行政區面積約為19 736 km2，根據朝陽市特點，將朝陽市分為5個行政區，分別為朝陽市（包含雙塔區、龍城區、開發區和朝陽縣）、北票市、喀左縣、凌源市、建平縣。市內主要有大凌河、小凌河、青龍河、老哈河4條河流，降雨主要集中在6-8月，多年平均水資源總量14.92億m3，屬于資源型缺水地區，朝陽市的用水主要為地下水，隨著社會經濟的發展，朝陽市的需水量不斷增加，導致水資源供需矛盾趨勢加重、地下水超采、水環境惡化等問題。

1.2 研究方法

1.2.1 水資源生態足跡模型

1）水資源生態足跡。

水資源生態足跡就是指在人類生產生活與維持自然生態發展的過程中，將消耗的水資源量轉化為相應帳戶的水資源用地面積，計算公式為：

EF=N×ef=γw×V/Pw

式中，EF為水資源生態足跡，N為地區人口數，ef為人均水資源生態足跡，γw為水資源全球均衡因子，V為地區的用水量，Pw為全球水資源平均生產能力。

2）水生態承載力。

水生態承載力指一定時期區域水資源開發利用對經濟-社會-生態系統發展的支撐能力，計算公式為：

EC=N×ec=（1-60%）×ψ×γw×Q/Pw

式中，EC為水資源生態承載力，ec為人均水資源生態承載力，ψ為地區水資源產量因子，Q為地區水資源總量，其他符號意義同上。由于水資源承載力中至少扣除60%用于維持生態環境，在水資源承載力的計算中必須按上述原則扣除維持生態環境的水資源量[6]。

1.2.2 水資源可持續利用評價指標

1）水生態赤字。

水生態赤字是水資源生態足跡同水資源承載力的差值，能夠評價水資源利用是否超出水資源的承載力，其計算公式為：

e=EF-EC=N×（ef-ec）

式中，e為水生態赤字。當e>0時，說明此時地區處于水資源生態赤字狀態，地區對水資源的利用程度已經超出了承載能力，說明水資源處于不可持續狀態；e=0時，說明此時處于水資源生態平衡狀態；e<0時，說明此時處于水資源生態盈余狀態，地區的水資源量足夠支持經濟的發展，有利于水資源的可持續發展。

2）萬元GDP水生態足跡。

萬元GDP水生態足跡能夠反映出水資源的利用效率，通常用地區的水生態足跡和萬元GDP的比值來表示，其計算公式為：

W=EF/GDP

式中，W為萬元GDP水生態足跡，W的值越小，說明水資源的利用效率越高。

3）水資源生態壓力指數。

水資源壓力指數是為了衡量用水壓力強度的大小，并將其定義為某一區域人均水資源足跡與人均水資源生態承載力的比值，計算公式為：

EPI=ef/ec

式中，EPI為水資源生態壓力指數，當EPI<0.5時，說明此時水資源的開發利用處于安全狀態；當0.5≤EPI<0.8時，為較安全狀態；當0.8≤EPI≤1時，為臨界狀態；當EPI>1時，為不安全狀態。

4）水資源可持續利用指數。

水資源可持續利用指數是指一定時期某區域可持續供給的水資源總量滿足該區域人類社會經濟活動對水資源的需要程度，以此來評價區域水資源可持續發展利用程度，計算公式為：

Wst=EC/（EF+EC）

式中，Wst表示水資源可持續利用指數，其值越大，說明水資源的可持續利用程度越高，當Wst為0.5時，說明水資源利用處于臨界狀態，不同的水資源利用程度劃分見表1。

2 結果與分析

通過朝陽市統計年鑒（2010-2013年）可以得到地區人口數（N）和GDP產值；通過朝陽市水資源公報（2010-2013年）可以得到地區的用水量（V）、地區水資源總量（Q）；全球水資源平均生產能力（Pw）取 3 140 m3/hm2，水資源全球均衡因子（γw）取5.19[7]，地區水資源產量因子（ψ）可以根據地區多年平均水資源生產能力同全球平均水資源生產能力的比值來確定。計算公式為：

ψ=P平/Pw=（Q平/S）/Pw

式中，P平為朝陽市多年平均水資源生產能力，Q平為朝陽市多年年平均水資源量，S為朝陽市面積。通過計算，得到朝陽市的ψ為0.25。

根據水資源生態足跡的內涵以及用水部門的特點，將水資源賬戶分為3個二級賬戶，分別為生活、生產、生態；生產水生態足跡又可以分為3個三級賬戶，分別為第一產業、第二產業、第三產業。經過計算，得到朝陽市2010-2013年生態足跡，結果見表2、表3。

從表3可以看出，朝陽市水資源生態足跡總體上為增加趨勢，由2010年的89.65萬hm2上升到2013年的89.84萬hm2，增加了0.21%，人均水資源生態足跡增加了0.11%。第一產業用水生態足跡占的比例較大，占水資源生態足跡的53.39%～60.54%，呈先減小后增加的趨勢；生活用水生態足跡所占比例為15.87%～17.93%，為先增加后減小趨勢；第二產業水資源生態足跡所占比例為17.02%～21.35%，呈先增加后減小趨勢；第三產業水資源生態足跡所占比例為4.54%～7.18%，呈緩慢增加趨勢；生態環境用水生態足跡所占比例為0.29%～2.11%，呈先減小后增加趨勢。從總體上看，生活用水生態足跡所占的比例由2010年的16.27%下降到2013年的15.87%，變化不明顯，主要是由于人口浮動導致的；第一產業用水生態足跡由2010年的60.53%下降到2013年的56.68%，主要是由于灌溉方式的改進，農業節水的提高；第二產業用水生態足跡由2010年的17.02%上升到2013年的18.13%，第三產業用水生態足跡由2010年的4.53%上升到2013年的7.18%，說明朝陽市正處于產業轉型階段，農業逐漸向工業以及第三產業轉型；生態環境用水生態足跡由2010年的1.62%上升到2013年的2.11%，說明朝陽市的生態環境用水量增加，朝陽市提高了生態環境保護的力度，但所占比例仍舊較小。從水資源生態承載力的變化可以看出，水資源生態承載力浮動不大，其變化是與水資源的變化量相關的，朝陽市2010-2013年平均人均水資源生態承載力為0.062 5 hm2/人。

從水資源人均生態赤字可以看出，朝陽市的人均水資源生態承載力小于人均水資源生態足跡，2010-2013年平均人均水資源生態赤字為0.204 7 hm2/人，不利于朝陽市的水資源可持續發展。從萬元GDP水生態足跡的變化可以看出，萬元GDP水生態足跡呈下降趨勢，由2010年的0.132 7 hm2下降到0.089 6 hm2，年均降幅為16.29%，說明朝陽市水資源的利用效率越來越高，主要是因為產業結構的調整和技術水平的提高，耗水量大且利用率較低的農業GDP比重由2010年的43%下降到2013年的41%，灌溉方式和節水水平的提高降低了萬元GDP的用水量，減少了水資源的消耗量，從而提高了水資源的利用效率。從朝陽市的水資源生態壓力指數可以看出，朝陽市2010-2013年水資源生態壓力指數均大于1，平均值為4.33，說明朝陽市水資源開發利用處于不安全狀態。從朝陽市水資源可持續利用指數可以看出，2010-2013年朝陽市水資源可持續利用指數為0.19，小于水資源可持續利用臨界值0.5，按照可持續等級的劃分，朝陽市水資源處于強不可持續狀態。

3 結論

水資源生態足跡可以清晰地看出水資源的可持續發展狀況，從而為水資源可持續利用與管理提供依據，通過建立水資源生態足跡模型對朝陽市2010-2013年水生態足跡、水生態承載力、水資源生態盈虧、萬元GDP生態足跡和水資源生態壓力進行分析，結果表明，朝陽市平均人均水資源生態足跡為0.267 2 hm2，平均人均水資源生態承載力為0.062 5 hm2，平均人均水資源生態赤字為0.204 7 hm2，平均萬元GDP水生態足跡為0.109 0 hm2，平均水資源壓力指數為4.33，平均水資源可持續利用指數為0.19，雖然水資源利用的效率在逐年提高，但水資源壓力仍比較大，水資源供需矛盾突出，水資源利用處于不可持續狀態。

為了實現朝陽市水資源的可持續利用，應采取一定措施提高朝陽市的水資源生態承載力，例如進行跨流域調水，開發利用非常規水源等方法來解決水資源短缺的問題。同時，還應該加強水資源的管理，完善水資源控制“三條紅線”管理體系，從而降低水資源生態足跡。

參考文獻：

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[2] 黃林楠，張偉新，姜翠玲，等.水資源生態足跡計算方法[J].生態學報，2008，28（3）：1279-1286.

[3] 王 儉，張朝星，于英譚，等.城市水資源生態足跡核算模型及應用——以沈陽市為例[J].應用生態學報，2012，23（8）：2257-2262.

[4] 張 軍，張仁陟，周冬梅.基于生態足跡法的疏勒河流域水資源承載力評價[J].草業學報，2012，21（4）：267-274.

[5] 張 義，張合平，李豐生，等.基于改進模型的廣西水資源生態足跡動態分析[J].資源科學，2013，35（8）：1601-1610.

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[7] 譚秀娟，鄭欽玉.我國水資源生態足跡分析與預測[J].生態學報，2009，29（7）：3559-3568.