引洮工程對定西市水資源生態承載力的影響研究

劉 燕 何有華 周建海

(甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州 730000)

水資源作為一種戰略資源，是一個國家在全球競爭中重要的物質保證，隨著經濟社會的不斷發展和人類不合理的利用，水資源短缺已經成為21世紀最大的難題。多個區域的水資源承載力頻頻告急，研究水資源承載力和可持續發展是非常有必要的。

近年來，關于水資源生態足跡的研究成果較多，主要集中在利用生態足跡的方法計算區域水資源承載力和對研究區域的水資源承載力進行多指標評價的方法。周子琴等[1]對2007—2016年貴州省水資源生態足跡的演化特征進行了研究；熊娜娜等[2]利用生態足跡的方法對2000—2012年成都市水資源承載力的時空變化進行了分析；劉世梁等[3]研究了城市化和區域生態足跡的耦合關系；黃佳等[4]在計算山東省水資源生態足跡的基礎上，利用相關軟件分析了山東省水資源生態足跡和生態承載力的相關性；門寶輝等[5]在計算北京市水資源生態足跡和生態承載力的基礎上，引入水資源足跡廣度和深度，并改進了差分自回歸平均模型與神經網絡的組合模型在水資源生態足跡方面的應用；張洺也等[6]在此基礎上引進水資源利用效率、負載指數、壓力指數等相關概念并進行了相關性分析。本文在現有研究的基礎上，通過計算定西市在引洮一期工程通水前后8年的水資源承載力，分析了引洮一期工程對定西市水資源生態承載力的影響。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

定西市位于甘肅省中部，地處黃土高原和秦嶺山地交匯地帶，屬于半干旱區大陸性季風氣候。定西市水資源貧乏，人均占有量極低，特別是北部。定西市降水量呈現南多北少的特征[7]。

引洮供水一期工程于2007年3月開工建設，2014年10月主體工程建成，2014年12月28日通水試運行，2015年8月6日正式運行，為受益區的定西、蘭州、白銀3個市城鄉生產生活用水、工業用水、生態用水提供了水資源保障，受益人口達225.35萬人。

定西市作為引洮供水一期工程的主要受益區，全市160.1萬城鄉居民和10余萬畝旱地用上了引洮水。引洮供水一期工程通水后，城鄉群眾生活質量得到提高，改善了干旱地區群眾長期吃苦咸水的現狀，確保了城鄉225.35萬群眾飲水安全，緩解了干旱，改善了生態環境。

1.2 數據來源

本文的相關數據來自2010—2017年《甘肅省水資源公報》《甘肅統計年鑒》和甘肅省引洮工程管理局官方數據。

2 定西市水資源生態足跡和生態承載力計算

2.1 水資源生態足跡模型

在生態足跡模型的基礎上發展起來的水資源生態足跡模型，概括起來就是把一個區域的水資源生態足跡作為衡量該區域水資源可持續利用的標準，即維持現有的發展規模所需要的水資源的用地面積[8]。計算公式如下：

EFw=Nef=γ(W/Pw)

(1)

式中：EFw為總水資源生態足跡，hm2；N為區域人口總數；ef為人均水資源足跡；γ為水資源全球均衡因子；W為消耗的水資源量，m3；Pw為全球水資源平均生產能力,m3/hm2[9]。

根據現有的研究成果，本文將定西市水資源生態足跡的計算分為生活用水、生產用水和生態用水三大類進行，其中生活用水又進一步分為城鎮生活用水和農村生活用水，生產用水進一步分為農業用水、工業用水、林牧漁用水，生態用水不再細分[10]。

2.2 水資源生態承載力模型

水資源生態承載力模型是為了判別研究區域的水資源利用是否處于可持續狀態，相關研究成果顯示：水資源生態承載力的計算應扣除60%用于維持生態系統的持續發展，否則生態系統將會不良發展[11]。其計算公式為

ECw=Necw=0.4φγQ/Pw

(2)

式中：ECw為水資源生態承載力,hm2；N為人口總數;ecw為水資源生態承載力，hm2/人；φ為區域水資源產量因子；γ為水資源均衡因子；Q為水資源總量，m3[12]。

2.3 水資源生態赤字(生態盈余)

生態盈余是水資源生態承載力與水資源生態足跡的差值，是對區域內水資源消耗是否在承載范圍內的衡量，可用于評判區域內水資源的可持續利用狀況[13]。其計算公式為

水資源生態盈余/赤字=ECw-EFw

(3)

ECw>EFw時，代表地區內水資源充足，為水資源生態盈余狀態，水資源可持續利用狀況良好。ECw=EFw時，為水資源平衡狀態。ECw

2.4 萬元GDP水資源生態足跡

萬元GDP是研究區域總水資源生態足跡與該區域當年GDP的比值，是衡量研究區域水資源利用效率的重要指標，其值越小，則區域水資源的利用效率越高，反之亦然[15]。其計算公式為

萬元GDP水資源生態足跡=區域總水資源生態

足跡/區域萬元GDP

(4)

2.5 相關參數的確定

研究中涉及的參數確定主要有：全球均衡因子γ、水資源全球平均生產能力Pw、區域水資源產量因子φ。其中全球均衡因子的作用是將不同土地類型的單位生態生產能力轉化成一個可比較的標準，本文采用基于世界自然基金會(WWF)2002年核算的均衡因子計算出的水資源的全球均衡因子5.19[16]。參考相關研究成果，水資源全球平均生產能力被定義為全球多年平均產水模數，取值3140m3/hm2[17]。區域水資源產量因子是地區內水資源平均生產能力與全球的水資源平均生產能力之比，而地區內水資源平均生產能力即區域單位面積產水模數，計算公式為[18]

區域單位面積產水模數=區域水資源總量/

流域面積

(5)

因此，計算得出定西市水資源產量因子為：2010年0.088；2011年0.116；2012年0.224；2013年0.215；2014年0.165；2015年0.146；2016年0.099；2017年0.176。

3 結果分析

3.1 水資源生態足跡和生態承載力的變化特征

根據前述公式和確定的相關參數，定西市2010—2017年水資源生態足跡和生態承載力計算結果見表1。

表1 定西市水資源生態足跡計算結果 單位：hm2/人

定西市2010—2017年水資源生態足跡呈現波動性減小趨勢，2016年的水資源生態足跡比前一年略有增長， 這與引洮一期工程通水后定西市水資源可利用量大幅提升有關。從定西市2010—2017年水資源承載力計算結果來看，沒有明顯的變化規律，各年份間差異較大，峰值出現在2012年，為0.00742hm2/人，這與2012年的降雨量最大是一致的。從水資源生態承載力的計算公式可以看出，降雨量對區域水資源生態承載力的影響較大。計算得出的生態赤字呈逐年減小的趨勢，說明定西市雖然處于水資源不可持續的狀態，但總體是向好的方向發展。

定西市生活用水的生態足跡表現出先減小后增大的趨勢，生活用水分為城鎮用水和農村用水，城鎮生活用水生態足跡逐年升高，這與定西市的城鎮化進程是符合的，農村生活用水呈現波動性的減小趨勢，從2010年的0.00273hm2/人減小到2017年的0.00139hm2/人，下降了近50%，這與近幾年甘肅省實行新農村建設和農村飲水工程，農村生活用水效率提高有關，也與近幾年農村人口外出務工，農村常住人口減少有關。

生產用水足跡方面，總體上呈現逐漸減小的趨勢，生產用水包括農業用水、工業用水和林牧漁用水，其中，農業用水足跡和工業用水足跡逐年減小，這與近年來不斷提高農田灌溉用水技術和工業用水效率有關。林牧漁用水足跡呈現先減小后增大的變化趨勢，這與產業結構多元發展有關。農業用水足跡占生產用水足跡的85%以上，占總水資源生態足跡的70%以上。由此可見，大力發展節水灌溉和農業水資源高效利用技術是減少水資源生態足跡的有力措施。

定西市生態用水足跡的變化特征是先增大后減小，峰值出現在2015年，隨后兩年稍有減少，這可能與引洮一期工程2014年底通水有關，引洮通水前，定西市水資源極其短缺，沒有足夠可供生態環境使用的水資源，引洮工程不僅解決了定西人民吃水難，吃干凈水難的局面，也改善了當地生態環境。

3.2 萬元GDP水資源生態足跡的變化特征

根據相關計算公式，定西市2010—2017年萬元GDP水資源生態足跡計算結果見圖1 。圖1中定西市萬元GDP水資源生態足跡呈逐年減小的趨勢，2014年稍有波動。這說明定西市水資源利用效率逐年提高，當地沒有因為有引洮一期工程供水就放松對節水和高效用水的要求，這是值得借鑒的。

圖1 萬元GDP水資源生態足跡的變化

4 結 語

a.定西市2010—2017年水資源生態足跡呈現波動性減小趨勢，引洮一期工程通水后定西市水資源生態足跡略有增長。其中，生態用水足跡在引洮工程通水后逐年增加，這與國家大力發展生態建設的基調是一致的。農業用水生態足跡占水資源總生態足跡的70%以上，因此鼓勵產業結構的多元化發展和推進各行業水資源高效利用技術，特別是大力提高農業用水效率是減少定西市水資源生態足跡的重要方向。

b.定西市2010—2017年水資源生態赤字和萬元GDP水資源生態足跡呈逐年減小的趨勢，這說明定西市水資源利用效率穩步提升。定西市應積極推進“綠色技術銀行”這一綠色產業政策，加大力度保護生態環境，改善水土流失現狀，增加植被覆蓋度，從根本上提高水資源承載力，走可持續發展道路。