基于水資源生態(tài)足跡的黃河流域水資源利用評價

路瑞 趙琰鑫

摘 要：基于水生態(tài)足跡理論和Tapio彈性分析法，建立了區(qū)域水生態(tài)承載力評估模型和水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)程度評估模型，對2004—2017年黃河流域水資源生態(tài)足跡、水生態(tài)承載力以及水資源生態(tài)足跡與社會經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)性的時空分異特征進行了分析，結(jié)果表明：①流域水資源生態(tài)足跡呈波動升高趨勢，水資源生態(tài)足跡顯著超過水生態(tài)承載力上限的狀況尚未扭轉(zhuǎn)，水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)關(guān)系由弱脫鉤向強脫鉤轉(zhuǎn)變;②流域不同?。▍^(qū)）水生態(tài)承載力和水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)關(guān)系差別明顯，上游青、川水資源生態(tài)盈余較大，但中下游各?。▍^(qū)）水資源生態(tài)足跡普遍大于水生態(tài)承載力，甘、川、青、魯?shù)仁∷Y源生態(tài)足跡和經(jīng)濟社會發(fā)展關(guān)系已實現(xiàn)強脫鉤的中級協(xié)調(diào)狀態(tài)，蒙、寧、豫、陜、晉等?。▍^(qū)）水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)性依然較差。

關(guān)鍵詞：水資源生態(tài)足跡;水生態(tài)承載力;脫鉤理論;Tapio彈性分析法;黃河流域

中圖分類號：TV213.9;TV882.1 ? 文獻標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.11.010

Abstract：In order to study the water resources ecological footprint of the Yellow River basin， based on the water ecological footprint theory and the Tapio elastic method， this paper developed the water ecological carrying capacity evaluation model and the water resources ecological footprint and economic development decoupling evaluation model. The models were used to analyze the spatial-temporal characteristics of the ecological footprint of water resources utilization in the Yellow River basin from 2004 to 2017. The results show that： a） the water ecological footprint of the Yellow River basin shows an increasing trend of fluctuation， which also significantly exceeds the limit of water ecological carrying capacity. The coordination relationship between water ecological footprint and economic development is undergoing from weak decoupling to strong decoupling. b）The water ecological carrying capacity conditions and the coordination relationships between water ecological footprint and economic development are quite different among provinces. The provinces in the upper reaches， such as Sichuan and Qinghai， have water ecological surplus， while the provinces in the middle and lower reaches have significant water ecological deficits， which means the water ecological footprint exceeding the water ecological carrying capacity. The coordination relationships between water ecological footprint and economic development of Gansu， Sichuan， Qinghai， and Shandong are strong decoupling， while the coordination relationships for the other provinces are weak decoupling.

Key words： water ecological footprint; water ecological carrying capacity; decoupling theory; Tapio elastic analysis; Yellow River basin

生態(tài)足跡指支持一定區(qū)域內(nèi)人口生產(chǎn)生活所需的生態(tài)性土地面積以及吸納這些人口所產(chǎn)生的廢棄物所需要的土地面積總和，其概念和方法由加拿大生態(tài)經(jīng)濟學(xué)者Rees于20世紀(jì)90年代提出，由Wackernagel等拓展完善后應(yīng)用于不同空間尺度的自然資源資本賬戶定量評價，并由此衍生出水足跡、水資源生態(tài)足跡等概念[1-4]，其中：水足跡用于衡量人類消費的各類產(chǎn)品和服務(wù)所需的水資源量;水資源生態(tài)足跡可定義為滿足區(qū)域人類社會生產(chǎn)、生活所需以及維持生態(tài)系統(tǒng)健康所需的全部水資源量的生態(tài)空間面積。因此，水資源生態(tài)足跡實際體現(xiàn)了水資源利用對生態(tài)空間的占用[5]。

從水資源管理的具體實踐來看，水資源生態(tài)足跡已成為國際上開展生態(tài)足跡核算、水資源戰(zhàn)略評價的重要方法依據(jù)[6-7]。國內(nèi)學(xué)者通過對Wackernagel生態(tài)足跡模型的參數(shù)和算法補充完善，建立了適用于我國的水資源生態(tài)足跡計算方法[8-9]，并成功應(yīng)用于城市[10]、?。▍^(qū)）[11-13]與流域[14-15]尺度的水資源開發(fā)利用評價以及水資源與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)性分析研究中[16-18]，但這些研究極少考慮同一流域內(nèi)區(qū)域空間相關(guān)性和異質(zhì)性等差別化特征[19]，針對大流域尺度的水資源生態(tài)足跡研究尚不多見。

黃河流域是我國缺水嚴(yán)重的流域之一，上下游水資源分布不均，社會經(jīng)濟發(fā)展程度差異大，水資源承載形勢嚴(yán)峻?？茖W(xué)評價分析水資源利用狀況，依據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展要求合理開發(fā)利用水資源，是實現(xiàn)流域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。本文以黃河流域為研究對象，依據(jù)水生態(tài)足跡理論與方法，構(gòu)建水生態(tài)承載力評估模型和水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)程度評估模型，基于黃河流域2004—2017年水文水資源與社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析流域水資源承載力狀況以及水資源利用與經(jīng)濟增長的協(xié)調(diào)關(guān)系，以期為黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展提供科技支撐。

1 研究區(qū)概況

黃河是我國第二大河，干流全長5 464 km，多年平均天然徑流量580億m3，總流域面積79.5萬km2。流域地勢西高東低，高差懸殊，形成自西而東由高到低3級階梯，涵蓋青、川、甘、寧、蒙、陜、晉、豫、魯9省（區(qū)）58個地市（州、盟）362個縣（市、區(qū)、旗）[20]。1956—2000年，黃河流域年均徑流量為535億m3[21]（僅占全國的2%），人均水資源量僅有473 m3（約為全國人均水資源量的23%），水資源開發(fā)利用率高達(dá)80%，水資源短缺形勢異常嚴(yán)峻。

2 研究方法

2.1 水生態(tài)承載力評估模型

2.1.1 水資源生態(tài)足跡模型

3 數(shù)據(jù)來源

選取黃河流域9?。▍^(qū)）2004—2017年截面數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計年鑒》《中國水資源公報》《黃河水資源公報》以及同期黃河流域9?。▍^(qū)）國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報與統(tǒng)計年鑒等。為避免歷年GDP受價格因素的影響，以2004 年為基期，采用GDP 平減指數(shù)法換算成可比價格后核算GDP 年增長率。

4 黃河流域水資源利用協(xié)調(diào)程度變化趨勢

4.1 水資源生態(tài)足跡變化趨勢

根據(jù)式（1）核算2004—2017年黃河流域水資源生態(tài)足跡變化情況，結(jié)果見圖1。可以看出：①黃河流域水資源生態(tài)足跡總體呈波動上升趨勢，表明隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，流域水資源消耗量不斷增加。②黃河流域水資源生態(tài)足跡中，農(nóng)業(yè)用水水資源生態(tài)足跡占比最大（67.5%～74.5%），其次為工業(yè)用水水資源生態(tài)足跡（14.2%～16.2%），再次為生活用水水資源生態(tài)足跡（9.9%～12.7%），生態(tài)環(huán)境用水水資源生態(tài)足跡占比最小（0.7%～5.5%）。③用水結(jié)構(gòu)中，生態(tài)環(huán)境用水水資源生態(tài)足跡增速最快，由2004年的0.005億hm2增至2017年的0.029億hm2，反映出黃河流域?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境保護的重視程度迅速增長;生活用水水資源生態(tài)足跡呈持續(xù)增長趨勢，從2004年的0.061億hm2增至2017年0.082億hm2;工業(yè)用水水資源生態(tài)足跡波動較大，總體呈先增加后緩慢減小的趨勢，反映出黃河流域工業(yè)用水由粗放式增長逐步轉(zhuǎn)向高效集約，用水效率逐步提高。④2004—2017年，黃河流域人均水資源生態(tài)足跡為0.69～0.74 hm2，呈先升后降趨勢，與1997—2010年全國平均水平相當(dāng)[27]。

4.2 水生態(tài)承載力變化趨勢

2004—2017年黃河流域水資源生態(tài)足跡與水生態(tài)承載力變化情況見圖2，同期水資源生態(tài)壓力指數(shù)變化情況見圖3?？梢钥闯觯孩冱S河流域水生態(tài)承載力顯著小于水資源生態(tài)足跡，長期處于水資源生態(tài)赤字狀態(tài)。②黃河流域水生態(tài)承載力波動較大。2008—2011年，流域水生態(tài)承載力明顯增大，水資源生態(tài)足跡略有升高，水生態(tài)赤字波動較大;2013—2015年，流域水資源生態(tài)足跡總體穩(wěn)定，但水生態(tài)承載力顯著減小，水生態(tài)赤字明顯增大，原因可能是這幾年黃河流域為枯水年，水資源量較少，但生產(chǎn)生活用水需求依然較大，水資源供需矛盾突出;2015年以后，隨著《水污染防治行動計劃》實施，黃河流域水環(huán)境、水資源與水生態(tài)狀況有較大改善，流域水生態(tài)承載力明顯升高，水生態(tài)赤字顯著下降。③2004—2017年黃河流域水資源生態(tài)壓力指數(shù)為1.33～1.94，受水資源量年際變化影響波動較大，2015年達(dá)到峰值后，2016—2017年明顯下降?？傮w來看，黃河流域水資源生態(tài)足跡超過承載能力上限的狀況沒有改變。

4.3 水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)程度變化趨勢

黃河流域水資源生態(tài)足跡和經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)程度變化情況見表2。由表2可知：①黃河流域水資源生態(tài)足跡和GDP增長率波動較大，水資源生態(tài)足跡增長率均低于同期經(jīng)濟增長速度。2005—2017年，黃河流域水資源生態(tài)足跡與GDP增長經(jīng)歷了8次弱脫鉤、4次強脫鉤和1次強負(fù)脫鉤。②2005—2011年，黃河流域GDP年均增速為20.3%，水資源生態(tài)足跡變化率為1.2%，同期水資源生態(tài)足跡與GDP增長弱脫鉤年份出現(xiàn)6次，強脫鉤僅有1次，表明流域社會經(jīng)濟發(fā)展對水資源依賴性較強，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展水資源耗用量不斷增大;2012—2017年，流域GDP平均增速為7.4%，水資源生態(tài)足跡變化率為-0.3%，水資源生態(tài)足跡與GDP增長出現(xiàn)強脫鉤3次、弱脫鉤2次，表明流域經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)進入降速、提質(zhì)、增效的爬坡“換檔期”，流域水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)關(guān)系逐漸改善，但尚未達(dá)到最佳狀態(tài)。

5 各?。▍^(qū)）水資源利用協(xié)調(diào)性空間差異分析

2017年黃河流域9?。▍^(qū)）現(xiàn)狀水資源生態(tài)足跡、水生態(tài)承載力和水資源生態(tài)壓力指數(shù)見圖4。

5.1 水資源生態(tài)足跡空間差異分析

由圖4可知：①不同?。▍^(qū)）水資源生態(tài)足跡差異懸殊，其中：內(nèi)蒙古的最大（0.15億hm2），其次為陜西的（0.11億hm2），四川的最?。?.000 4億hm2）。②各省（區(qū)）水資源生態(tài)足跡的主要來源是農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水，尤其河南、陜西、山西、內(nèi)蒙古等?。▍^(qū)）屬我國小麥、玉米、棉花和油料等高耗水作物種植區(qū)，也是煤炭、鋼鐵、建材、電力等高耗水工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)大?。▍^(qū)），工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量大，水資源利用效率低，生態(tài)足跡顯著高于流域平均水平，需進一步轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，強化落實各項節(jié)水措施。

5.2 水生態(tài)承載力空間差異分析

由圖4可知：①不同省（區(qū)）水生態(tài)承載力差異懸殊，其中：青海水生態(tài)承載力最大（0.078億hm2），寧夏水生態(tài)承載力最?。?.000 4億hm2）。②流域上游的青海、四川水生態(tài)承載力大于水資源生態(tài)足跡，有較大的水資源盈余，水資源生態(tài)壓力指數(shù)分別為0.64、0.01;中下游地區(qū)的各?。▍^(qū)）水資源生態(tài)足跡普遍大于水生態(tài)承載力，水生態(tài)已處于超載狀態(tài)，水資源生態(tài)壓力指數(shù)均大于2.0，特別是寧夏、內(nèi)蒙古超載情況尤為嚴(yán)重，水資源生態(tài)壓力指數(shù)分別為131.32、39.03。

5.3 水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)性空間差異

2017年黃河流域9省（區(qū)）水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)性評價結(jié)果見圖5。由圖5可知9?。▍^(qū)）經(jīng)濟發(fā)展與水資源生態(tài)足跡的協(xié)調(diào)性地區(qū)差異明顯：內(nèi)蒙古水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系處于強負(fù)脫鉤狀態(tài)，表明流域經(jīng)濟增速放緩的同時水資源消耗量依然不斷增加，水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)關(guān)系處于最差狀態(tài);甘肅、四川、青海、山東水資源生態(tài)足跡和經(jīng)濟社會發(fā)展總體為強脫鉤的中級協(xié)調(diào)狀態(tài)，表明經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源的依賴程度不斷降低，可用較少的水資源量實現(xiàn)經(jīng)濟的最優(yōu)增長，水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系總體協(xié)調(diào);河南、寧夏、陜西和山西則呈現(xiàn)不同程度的弱脫鉤不協(xié)調(diào)狀態(tài)，表明經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源依然有依賴，有待進一步提高水資源利用效率。

6 結(jié) 論

（1）2004—2017年，黃河流域水資源生態(tài)足跡總體呈波動上升趨勢，其中農(nóng)業(yè)用水水資源生態(tài)足跡占比最高、工業(yè)用水水資源生態(tài)足跡占比次之，生態(tài)用水水資源生態(tài)足跡占比增速最快。受水資源量年際變化等因素影響，流域水生態(tài)承載力波動較大，但均顯著小于各年水資源生態(tài)足跡。流域水資源生態(tài)壓力指數(shù)2015年達(dá)到峰值，之后逐年下降，水資源生態(tài)足跡超過水生態(tài)承載力上限的狀況沒有改變。流域水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)關(guān)系處于弱脫鉤—強脫鉤狀態(tài)，2011年以前基本為弱脫鉤，2012年以后總體為強脫鉤狀態(tài)，表明流域水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)關(guān)系改善明顯，但仍未達(dá)到最佳協(xié)調(diào)階段。

（2）2017年，黃河流域各省（區(qū)）水資源生態(tài)足跡和水生態(tài)承載力狀況差異懸殊，上游青海、四川水資源生態(tài)足跡小，水生態(tài)承載力大，有較大的水資源生態(tài)盈余;中下游各省（區(qū)）水資源生態(tài)足跡大于水生態(tài)承載力，水生態(tài)處于超載狀態(tài)，特別是寧夏、內(nèi)蒙古、陜西3?。▍^(qū)）超載最為嚴(yán)重。各?。▍^(qū)）水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)程度差異明顯，其中：甘肅、四川、青海、山東處于強脫鉤狀態(tài)，表明區(qū)域水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系較協(xié)調(diào);河南、寧夏、陜西和山西則呈現(xiàn)不同程度的弱脫鉤狀態(tài)，表明區(qū)域水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系不協(xié)調(diào);內(nèi)蒙古為強負(fù)脫鉤狀態(tài)，表明水資源生態(tài)足跡與經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)關(guān)系最差。

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