基于改進(jìn)生態(tài)足跡的朝陽市水資源可持續(xù)利用研究

于航++何俊仕

摘要：分析了傳統(tǒng)水資源生態(tài)足跡模型的不足，引入水資源可持續(xù)利用指數(shù)對模型進(jìn)行改進(jìn)，計(jì)算遼寧省朝陽市2010-2013年水資源生態(tài)足跡、水生態(tài)承載力、水生態(tài)盈虧、萬元GDP水生態(tài)足跡、水資源生態(tài)壓力指數(shù)、水資源可持續(xù)利用指數(shù)，并分析朝陽市2010-2013年水資源生態(tài)足跡變化及水資源可持續(xù)利用情況。結(jié)果表明，朝陽市2010-2013年平均人均水資源生態(tài)足跡為0.267 2 hm2，平均人均水資源生態(tài)承載力為0.062 5 hm2，平均人均水資源生態(tài)赤字為0.204 7 hm2，平均萬元GDP水生態(tài)足跡為0.109 0 hm2，平均水資源壓力指數(shù)為4.33，平均水資源可持續(xù)利用指數(shù)為0.19，水資源利用處于不可持續(xù)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：水資源；生態(tài)足跡：生態(tài)承載力：可持續(xù)利用；生態(tài)壓力；朝陽市

中圖分類號：TV213 文獻(xiàn)標(biāo)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(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源的需求量不斷增大，水資源的可持續(xù)利用受到影響，生態(tài)足跡法是由William Rees在20世紀(jì)90年代提出的，該方法通過估算維持人類的自然資源消費(fèi)量和同化人類產(chǎn)生的廢棄物所需要的生態(tài)生產(chǎn)性空間面積大小，并與給定人口區(qū)域的生態(tài)承載力進(jìn)行比較，來衡量區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r[1]。經(jīng)過不斷的完善，生態(tài)足跡法被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為評價(jià)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r最常用的方法。黃林楠等[2]針對生態(tài)足跡模型的不足，在模型中設(shè)立水資源賬戶，建立了水資源生態(tài)足跡和水資源生態(tài)承載力計(jì)算模型，并以江蘇省為例進(jìn)行了分析。王儉等[3]以城市為研究對象，用水資源生態(tài)足跡模型分析了水資源的可持續(xù)利用狀況。張軍等[4]利用生態(tài)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(tǒng)水資源生態(tài)足跡模型的不足，考慮到水環(huán)境凈化的功能，對模型進(jìn)行改進(jìn)，并應(yīng)用于廣西。傳統(tǒng)的水資源生態(tài)足跡模型中的生態(tài)赤字僅能說明地區(qū)是否可持續(xù)，但是無法準(zhǔn)確地描述水資源可持續(xù)發(fā)展的能力。可持續(xù)發(fā)展指數(shù)可以有效地確定區(qū)域水資源可持續(xù)能力的大小，將可持續(xù)發(fā)展指數(shù)分為若干等級，更能清楚地體現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用程度。本研究在傳統(tǒng)水資源生態(tài)足跡模型的基礎(chǔ)上，引入了水資源可持續(xù)利用指數(shù)，以遼寧省朝陽市為例，計(jì)算分析了朝陽市2010-2013年的水資源生態(tài)足跡，并以水生態(tài)赤字、萬元GDP水生態(tài)足跡、水資源生態(tài)壓力指數(shù)、水資源可持續(xù)指數(shù)4個(gè)評價(jià)指標(biāo)對朝陽市水資源可持續(xù)利用狀況進(jìn)行了評價(jià)，其結(jié)果可為朝陽市水資源的管理提供依據(jù)，同時(shí)可為其他干旱半干旱地區(qū)的水資源可持續(xù)利用評價(jià)提供參考。

1 研究區(qū)域概況與方法

1.1 研究區(qū)域概況

朝陽市位于遼寧省西部，屬干旱半干旱地區(qū)，位于東經(jīng)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(jīng)濟(jì)圈，北靠內(nèi)蒙古腹地。行政區(qū)面積約為19 736 km2，根據(jù)朝陽市特點(diǎn)，將朝陽市分為5個(gè)行政區(qū)，分別為朝陽市（包含雙塔區(qū)、龍城區(qū)、開發(fā)區(qū)和朝陽縣）、北票市、喀左縣、凌源市、建平縣。市內(nèi)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(qū)，朝陽市的用水主要為地下水，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，朝陽市的需水量不斷增加，導(dǎo)致水資源供需矛盾趨勢加重、地下水超采、水環(huán)境惡化等問題。

1.2 研究方法

1.2.1 水資源生態(tài)足跡模型

1）水資源生態(tài)足跡。

水資源生態(tài)足跡就是指在人類生產(chǎn)生活與維持自然生態(tài)發(fā)展的過程中，將消耗的水資源量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)帳戶的水資源用地面積，計(jì)算公式為：

EF=N×ef=γw×V/Pw

式中，EF為水資源生態(tài)足跡，N為地區(qū)人口數(shù)，ef為人均水資源生態(tài)足跡，γw為水資源全球均衡因子，V為地區(qū)的用水量，Pw為全球水資源平均生產(chǎn)能力。

2）水生態(tài)承載力。

水生態(tài)承載力指一定時(shí)期區(qū)域水資源開發(fā)利用對經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的支撐能力，計(jì)算公式為：

EC=N×ec=（1-60%）×ψ×γw×Q/Pw

式中，EC為水資源生態(tài)承載力，ec為人均水資源生態(tài)承載力，ψ為地區(qū)水資源產(chǎn)量因子，Q為地區(qū)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(tài)環(huán)境，在水資源承載力的計(jì)算中必須按上述原則扣除維持生態(tài)環(huán)境的水資源量[6]。

1.2.2 水資源可持續(xù)利用評價(jià)指標(biāo)

1）水生態(tài)赤字。

水生態(tài)赤字是水資源生態(tài)足跡同水資源承載力的差值，能夠評價(jià)水資源利用是否超出水資源的承載力，其計(jì)算公式為：

e=EF-EC=N×（ef-ec）

式中，e為水生態(tài)赤字。當(dāng)e>0時(shí)，說明此時(shí)地區(qū)處于水資源生態(tài)赤字狀態(tài)，地區(qū)對水資源的利用程度已經(jīng)超出了承載能力，說明水資源處于不可持續(xù)狀態(tài)；e=0時(shí)，說明此時(shí)處于水資源生態(tài)平衡狀態(tài)；e<0時(shí)，說明此時(shí)處于水資源生態(tài)盈余狀態(tài)，地區(qū)的水資源量足夠支持經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有利于水資源的可持續(xù)發(fā)展。

2）萬元GDP水生態(tài)足跡。

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

W=EF/GDP

式中，W為萬元GDP水生態(tài)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(tài)壓力指數(shù)。

水資源壓力指數(shù)是為了衡量用水壓力強(qiáng)度的大小，并將其定義為某一區(qū)域人均水資源足跡與人均水資源生態(tài)承載力的比值，計(jì)算公式為：

EPI=ef/ec

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

4）水資源可持續(xù)利用指數(shù)。

水資源可持續(xù)利用指數(shù)是指一定時(shí)期某區(qū)域可持續(xù)供給的水資源總量滿足該區(qū)域人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對水資源的需要程度，以此來評價(jià)區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展利用程度，計(jì)算公式為：

Wst=EC/（EF+EC）

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

2 結(jié)果與分析

通過朝陽市統(tǒng)計(jì)年鑒（2010-2013年）可以得到地區(qū)人口數(shù)（N）和GDP產(chǎn)值；通過朝陽市水資源公報(bào)（2010-2013年）可以得到地區(qū)的用水量（V）、地區(qū)水資源總量（Q）；全球水資源平均生產(chǎn)能力（Pw）取 3 140 m3/hm2，水資源全球均衡因子（γw）取5.19[7]，地區(qū)水資源產(chǎn)量因子（ψ）可以根據(jù)地區(qū)多年平均水資源生產(chǎn)能力同全球平均水資源生產(chǎn)能力的比值來確定。計(jì)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(chǎn)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(jì)算，得到朝陽市的ψ為0.25。

根據(jù)水資源生態(tài)足跡的內(nèi)涵以及用水部門的特點(diǎn)，將水資源賬戶分為3個(gè)二級賬戶，分別為生活、生產(chǎn)、生態(tài)；生產(chǎn)水生態(tài)足跡又可以分為3個(gè)三級賬戶，分別為第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過計(jì)算，得到朝陽市2010-2013年生態(tài)足跡，結(jié)果見表2、表3。

從表3可以看出，朝陽市水資源生態(tài)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(tài)足跡增加了0.11%。第一產(chǎn)業(yè)用水生態(tài)足跡占的比例較大，占水資源生態(tài)足跡的53.39%～60.54%，呈先減小后增加的趨勢；生活用水生態(tài)足跡所占比例為15.87%～17.93%，為先增加后減小趨勢；第二產(chǎn)業(yè)水資源生態(tài)足跡所占比例為17.02%～21.35%，呈先增加后減小趨勢；第三產(chǎn)業(yè)水資源生態(tài)足跡所占比例為4.54%～7.18%，呈緩慢增加趨勢；生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)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(tài)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(dòng)導(dǎo)致的；第一產(chǎn)業(yè)用水生態(tài)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(jìn)，農(nóng)業(yè)節(jié)水的提高；第二產(chǎn)業(yè)用水生態(tài)足跡由2010年的17.02%上升到2013年的18.13%，第三產(chǎn)業(yè)用水生態(tài)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(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型階段，農(nóng)業(yè)逐漸向工業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型；生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)足跡由2010年的1.62%上升到2013年的2.11%，說明朝陽市的生態(tài)環(huán)境用水量增加，朝陽市提高了生態(tài)環(huán)境保護(hù)的力度，但所占比例仍舊較小。從水資源生態(tài)承載力的變化可以看出，水資源生態(tài)承載力浮動(dòng)不大，其變化是與水資源的變化量相關(guān)的，朝陽市2010-2013年平均人均水資源生態(tài)承載力為0.062 5 hm2/人。

從水資源人均生態(tài)赤字可以看出，朝陽市的人均水資源生態(tài)承載力小于人均水資源生態(tài)足跡，2010-2013年平均人均水資源生態(tài)赤字為0.204 7 hm2/人，不利于朝陽市的水資源可持續(xù)發(fā)展。從萬元GDP水生態(tài)足跡的變化可以看出，萬元GDP水生態(tài)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?yàn)楫a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)水平的提高，耗水量大且利用率較低的農(nóng)業(yè)GDP比重由2010年的43%下降到2013年的41%，灌溉方式和節(jié)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(tài)壓力指數(shù)可以看出，朝陽市2010-2013年水資源生態(tài)壓力指數(shù)均大于1，平均值為4.33，說明朝陽市水資源開發(fā)利用處于不安全狀態(tài)。從朝陽市水資源可持續(xù)利用指數(shù)可以看出，2010-2013年朝陽市水資源可持續(xù)利用指數(shù)為0.19，小于水資源可持續(xù)利用臨界值0.5，按照可持續(xù)等級的劃分，朝陽市水資源處于強(qiáng)不可持續(xù)狀態(tài)。

3 結(jié)論

水資源生態(tài)足跡可以清晰地看出水資源的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r，從而為水資源可持續(xù)利用與管理提供依據(jù)，通過建立水資源生態(tài)足跡模型對朝陽市2010-2013年水生態(tài)足跡、水生態(tài)承載力、水資源生態(tài)盈虧、萬元GDP生態(tài)足跡和水資源生態(tài)壓力進(jìn)行分析，結(jié)果表明，朝陽市平均人均水資源生態(tài)足跡為0.267 2 hm2，平均人均水資源生態(tài)承載力為0.062 5 hm2，平均人均水資源生態(tài)赤字為0.204 7 hm2，平均萬元GDP水生態(tài)足跡為0.109 0 hm2，平均水資源壓力指數(shù)為4.33，平均水資源可持續(xù)利用指數(shù)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(xù)狀態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)朝陽市水資源的可持續(xù)利用，應(yīng)采取一定措施提高朝陽市的水資源生態(tài)承載力，例如進(jìn)行跨流域調(diào)水，開發(fā)利用非常規(guī)水源等方法來解決水資源短缺的問題。同時(shí)，還應(yīng)該加強(qiáng)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(tài)足跡。

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