鞍山市水資源生態足跡核算模型及應用分析

汪小力

(海城市水利工程建設質量安全監督站，遼寧 海城 114200)

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鞍山市水資源生態足跡核算模型及應用分析

汪小力

(海城市水利工程建設質量安全監督站，遼寧 海城 114200)

隨著中國社會經濟的飛速發展，工業化和城市化進程日益推進，水資源短缺已經成為制約城市前進的重要問題之一，為優化城市內部結構，合理配置城市水資源，應加大對水資源的分析與研究。在科學技術日新月異的時代背景下，水資源研究方法日益增多，極大程度上提升了水資源利用效率，水資源生態足跡核算模型作為其中典型代表不僅可直接、準確反映某個區域中生產經營活動對于水資源的影響，還可改善城市水資源的利用情況，實現水資源的良性循環。文章以鞍山市為例，重點探究水資源生態足跡核算模型與其應用方式。

生態足跡核算模型；鞍山市；生態環境；水資源

當前，中國正處于經濟高速發展時期，城市需水量較大，受到水資源分布不均勻、使用不恰當等多種因素影響，水資源使用壓力越來越大，提高水資源利用效率，緩解水資源使用壓力已經成為政府部門必須重視的問題。為進一步提升水資源的利用效率，研究人員開始重視開發綜合評價方式，具體有灰色系統計算理論、人工神經網絡研究方式、綜合模糊評價研究方式等，每種評價方式有自身獨特的優點與應用范圍，但依舊存在主觀性與不準確性，為實現水資源的可循環利用，研究人員再次提出“水資源生態足跡核算模型”的概念，其主要是指任何城市或者區域的居民，在指定時間段內所消費或服務中產生的水資源用地面積，該種模型不僅會直接影響著水資源的分配，還可將水資源融入經濟建設過程中，實現城市的可持續發展[1]。

1 鞍山市水資源概況

鞍山地處環渤海經濟區腹地，是沈大黃金經濟帶的重要支點，是遼寧中部城市群與遼東半島開放區的重要連接帶。其境內有大小河流40余條。其中，較大的河流有遼河、渾河、太子河、大洋河、哨子河。前3條為過境河，后2條流源均在岫巖滿族自治縣境內。在鞍山境內河段長67.6km，其中海城段31.6km，臺安段36km，平均河寬140m，流域面積3107km2。根據相關資料記載，2014年鞍山市城市居民生活用水約2.4×108m3，日人均生活用水僅0.14m3，說明城市用水量較少。

2 水資源的研究方法

本研究以鞍山市為例，通過建立水資源生態足跡模型，借助水資源賬戶、水資源用地類型等數據[2]，分析其2011—2015年水資源利用情況，具體分為以下幾部分：

2.1 建立水資源區域生態盈虧利用模型

為衡量水資源的循環利用情況，生態足跡核算模型大多將水資源生態利用的盈余或者赤字作為評估標準，簡單而言，是統籌水資源區域的生態承載力與水資源區域的生態足跡之間關系，建立以下模型：

EDw=EFw-ECw

(1)

模型中EDw>0時，代表水資源區域處于赤字狀態，即水資源的供給小于水資源需求，供不應求，需要依靠其他渠道調水才能滿足居民水資源要求，如果無法從其他渠道調水，則有可能選擇犧牲生態環境，過度開挖水資源，導致區域中生態環境惡化；模型中EDM<0時，代表水資源區域處于盈余狀態，即水資源的供給大于水資源需求，供大于求，說明水資源處于良好循環狀態，有利于構建和諧的生態環境；模型中EDw=0時，說明水資源的供給處于臨界狀態，在實際研究過程中，應結合具體結果進行分析，建立水資源生態足跡模型與生態整體承載力的模型。

2.1.1 計算水資源生態足跡模型

水資源生態足跡的計算需要將區域中已使用的水資源總量通過公式轉化成對應的水資源用地面積，進而達到均衡的狀態，取得均衡值后，再與其他區域進行比較，計算公式為：

EFw=efw×N=aw×(W/V)

(2)

式中：EFw為水資源區域總生態足跡，hm2；efw為區域中人均的水資源生態足跡，hm2·人-1；N為區域中人口總量，萬人；aw為區域中水資源世界的均衡因子；W為代表某個時間段中已使用的水資源總量，m3；V為水資源在世界范圍內的生產能力，m3·hm-2。

其中aw將不同生物在既定的單位面積中的生產力，轉變為在世界范圍內都可以進行對比的生產面積，受到多種內外部因素的影響，該均衡因子數值會發生一定的變化，本研究為減少誤差，直接將值定為5.19，其確定標準為WWF2002。

2.1.2 計算區域生態整體承載力

區域生態承載力主要是指在開發水資源的階段，其能夠滿足區域需水量的可用水量，要求可用水量可維持區域中最大生產經營活動，根據相關研究資料可知，某區域最大水資源生態承載力必須要減去約60%的量，以保護區域中生態環境，具體的計算公式為：

ECw=ecw×N=(1-60%)×aw×r×(Q/V)

(3)

式中：ECw為水資源區域總生態的承載力，hm2；ecw為區域中人均的水資源生態承載力，hm2·人-1；N為區域中人口總量，萬人；r為水資源的產量因子；Q為某個時間段中已使用的水資源總量，m3；V為水資源在世界范圍內的生產能力，m3·hm-2。

其中r同種生物在既定的單位面積中的生產力，轉變為在世界范圍內都可以進行對比的生產面積，在計算過程中，數值可取1，為簡化計算過程，提升計算結果的準確度和可靠度，可根據實際情況重新引入一個中間量V′， 該中間量代表水資源在區域中平均生產力，因此，鞍山市的水資源產量因子的計算公式為：

(4)

式中：r為全球范圍內水資源的產量因子；r′為中國范圍內水資源的產量因子；r″為中國水資源在全球范圍中的產量因子；V為全球范圍內水資源的生產力，m3·hm-2；V′為區域中水資源的生產力，m3·hm-2。

實際計算過程中，中國范圍內水資源的產量因子數值也取1，其平均生產力的公式為：

(5)

式中：V為水資源的生產力，m3·hm-2；Q為某個時間段中已使用的水資源總量，m3；S為該計算區域的水資源面積，hm2。

2.2 建立用水效率模型

建立用水效率模型需要以生態足跡核算理論為基礎，統籌區域中GDP指標與生態足跡，形成“萬元GDP水資源區域生態足跡”這一全新的衡量指標，進而計算區域中水資源的使用效率，具體計算公式為：

(6)

2.3 研究數據

研究數據來源于遼寧省鞍山市水利局、政府門戶網站與《中國統計年鑒》，根據以上公式，可計算出鞍山市當前在遼寧省內、國內水資源本身生產力仍有待提升，鞍山市面臨著嚴峻的水資源短缺問題[3]。

3 水資源應用的研究結果

分析水資源生態足跡結果，主要從時間與空間兩部分進行，進而得出不同時間段、區域鞍山市的水資源分布情況，并結合其水資源利用中存在的問題，重點提出針對性意見[4]。

3.1 鞍山市水資源利用的時間變化趨勢

3.1.1 分析水資源賬戶

計算2011—2015年鞍山市水資源生態足跡可知，生態足跡數值一直呈現出緩慢上升的趨勢，其數值約從0.8提升到1.6，變化較為平緩，但人均水資源生態承載力的變動較大，是3個數據中變化最大的。從研究結果來看，人均水資源生態承載力的變化，也會引起人均水資源生態赤字的變化，且近5a，鞍山市均處于水資源赤字狀態，說明鞍山市在生產經營過程中，水資源處于供不應求的狀態，可能需要從其他區域調水或者采取其他措施，才可滿足水資源開發的需要，具體數據如圖1所示：

圖1 2011—2015年鞍山市水資源賬戶分析

同時，根據相關統計數據可知，當前，鞍山市農業生態用水的浪費現象嚴重，其生態足跡數值占據到總數值的一半以上，說明農業用水的需求量大，但隨著節水農業、灌溉農業的廣泛推進，農業用水效率也逐步提升。同時，中國已經開始意識到環境保護的重要性，將鞍山地區部分重工業工廠優化升級或者遷移出去，降低了工業水資源生態足跡數值，雖然生活用水的總量最小，但隨著人口不斷增多，生活用水的水資源生態足跡數值逐漸增大[5]。因此，為保護水資源，實現水資源的循環利用，政府部門應加大對水資源的宣傳力度，要求城市居民在日常生活中節約用水，形成居民良好用水習慣。通過階梯制水費繳納制度，對其進行一定的控制。

3.1.2 水資源使用效率

水資源的使用效率評估標準主要為萬元GDP水資源生態足跡，鞍山市2011—2015年使用效率逐漸提升，說明鞍山市近年來推行的節水農業、節水工業發揮了成效。同時，隨著經濟結構的優化升級，重工業產業面臨著嚴峻的挑戰，為實現區域中經濟的持續發展，政府部門應指導重工業企業引進先進凈水系統，進而循環利用水資源[6]。

3.2 鞍山市水資源利用的空間變化趨勢

3.2.1 分析水資源賬戶

鞍山市區域內河流較多，水資源豐富，如哨子河，河段長171.85km，流域面積2155.03km2，其支流有牧牛河、石廟子河、青河、古洞河等河流。但受到多種內外部因素的影響，當前鞍山市的水資源使用仍處于赤字狀態，說明該區域內水資源短缺問題嚴重。隨著現代化經濟的飛速發展，鞍山市開始推行節水農業，采取生態保護的方式，協調好經濟與生態之間的關系，進一步提升水資源使用效率[7]。

3.2.2 水資源使用效率

為提升鞍山市水資源使用效率，研究人員可以從鞍山市不同區域的水資源生態承載力入手，拓寬城區供水渠道的同時，宣傳對應的節水政策，加大城市基礎設施的建設，完善下水道系統，提升水資源的利用效率[8]。

4 結 語

綜上所述，隨著我國水資源短缺問題的日益嚴重，政府機構已經逐步加強對城市水資源循環利用的研究力度，水資源生態足跡理論作為保護水資源的重要方式之一，不僅能夠有效調控區域中水資源的分布，還可提高水資源的整體利用效率，本研究通過分析鞍山市2011—2015年城市水資源使用情況和水資源生態足跡，從整體的角度分析，鞍山市當前的水資源供給仍處于赤字狀態，供不應求，且存在較為嚴重的水資源浪費和污染現象，極大程度上影響到水資源的循環利用，同時，水資源還受到自然環境、氣候條件等多種因素的影響，其在鞍山市境內的分布不均勻，其中，鞍山市河流集中區域的經濟發展更為迅速，特別是工業化進程快速，水資源使用壓力大，即水資源的生態足跡高，反映出該地區本身的水資源利用效率低。因此，在實際生產生活過程中，應合理對水資源進行調配，在保護生態環境的前提上，滿足不同工農業生產需求，進而優化城市水資源利用模式，促進城市持續健康發展。

[1]牛生海,葛貴.強化水資源管理 服務循環經濟發展[J].水利規劃與設計,2011(04):19-20，32.

[2]戚瑞,耿涌,朱慶華.基于水足跡理論的區域水資源利用評價[J].自然資源學報,2011(03):486-495.

[3]黃凱,王梓元,楊順順,等.水足跡的理論、核算方法及其應用進展[J].水利水電科技進展,2013(04):78-83.

[4]吳兆丹,趙敏,UpmanuLall,等.關于中國水足跡研究綜述[J].中國人口.資源與環境,2013(11):73-80.

[5]常丹東，王禮先.水土保持對黃河年徑流量影響研究[J].水利規劃與設計， 2005(B04):37-42.

[6]田冰.河北省自然濕地生態需水量分析[J].水土保持應用技術，2007(02)：34-36.

[7]李學森.凌河流域水資源現狀及保護措施[J].水土保持應用技術，2015(03)：36-37.

[8]金云杰.凌河流域人工濕地對水環境質量影響分析評價[J].水土保持應用技術，2015(05)：27-28.

Application and Analysis of Ecological Footprint Calculation Model of Water Resources in Anshan City

WANG Xiao-li

(Haicheng Rural Water Conservancy Project Construction Quality and Safety Supervision Station,Haicheng 114200,China)

With rapid development of the social economy, increasing industrialization and city urbanization in China, water resource shortage has become one of the important problems restricting a city's development, the analysis and research on water resources should be strengthened in order to optimize the internal structure of the city and rational allocation of water resources in the city. In the era of science and technology change rapidly, the method to research water resources is increasing day by day, which greatly improves the utilization efficiency for water resources, as a typical representative, the ecological footprint model of water resources not only can directly and accurately reflect the production and operation activity's impact on water resources, but also improve the water resources use in Anshan City to realize a virtuous cycle. Taking Anshan City as an example, this paper focuses on the calculation model and application of water resources ecological footprint.

ecological footprint calculation model; Anshan City; ecological environment; water resources

1007-7596(2017)03-0110-03

2017-02-26

汪小力(1984-)，女，遼寧鞍山人，工程師，研究方向為河道生態、涉河建筑物洪水影響、水利灌溉、水資源開發利用等。

TV213.9

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