云南省水資源生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因素分析

鄭 濤，彌智娟，謝銀昌

(1.中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，云南 昆明 650051；2.云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021；3.云南秀川環(huán)境工程技術(shù)有限公司，云南 昆明 650021)

云南省水資源總量位居全國前列，但水資源時(shí)空分布極不均衡。近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水資源短缺已成為云南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要制約因素，尤其是滇中地區(qū)水資源供需矛盾不斷升級(jí)，嚴(yán)重影響全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。水資源可持續(xù)利用與科學(xué)管理對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展具有關(guān)鍵作用[1]，全面掌握水資源動(dòng)態(tài)變化已成為云南省保障生態(tài)安全的重要課題。自20世紀(jì)90年代初加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Willian和Wackernagel提出生態(tài)學(xué)足跡以來，該方法被廣泛用于分析自然資源占用與區(qū)域自然資源承載能力，從而評(píng)價(jià)區(qū)域自然資源的可持續(xù)性及生態(tài)安全等問題。水資源生態(tài)足跡定量測(cè)算方法受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，該方法被廣泛用于水資源生態(tài)足跡的定量計(jì)算[2-4]。目前，國內(nèi)這方面研究大部分集中在模型改進(jìn)、測(cè)度分析和模擬預(yù)測(cè)等方面[5]，但對(duì)水資源生態(tài)足跡的驅(qū)動(dòng)因素研究較少。陶倩君等[6]采用相關(guān)分析方法進(jìn)行廣東省水資源生態(tài)足跡影響因素分析，熊娜娜[7]采用相關(guān)分析和通徑分析方法進(jìn)行成都市水資源生態(tài)足跡影響因素分析。故本文在分析云南省水資源生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)變化的基礎(chǔ)上，采用指數(shù)分解法(LMDI)加法形式進(jìn)行其驅(qū)動(dòng)因素分析，以期為云南省水資源可持續(xù)利用提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

云南省地處祖國西南邊陲，北部與四川省接壤，西北隅倚西藏自治區(qū)，東部同廣西壯族自治區(qū)和貴州省相鄰，西部同緬甸相連，南部與越南、老撾毗鄰。全省以山地高原地形為主，處在“世界屋脊”青藏高原的東南面，東西寬864.9 km，南北長990.0 km，國土面積38.32萬km2，國界線長達(dá)3 207 km。氣候基本屬亞熱帶高原季風(fēng)型氣候，年溫差小，日溫差大，干濕季節(jié)分明。大部分地區(qū)年降水量在1 000 mm以上，但時(shí)空分配極不均勻，降水量隨海拔增高而增大，雨季(5—10月)降水量占全年總降水量85.0%，旱季(11月至次年4月)僅占15.0%。云南省河流水系眾多，分屬金沙江(長江)、珠江、紅河、瀾滄江、怒江和伊洛瓦底江六大水系，水資源總量豐富。

2 研究方法

2.1 水資源生態(tài)足跡模型

水資源生態(tài)足跡是衡量某區(qū)域一定人口經(jīng)濟(jì)對(duì)水資源的需求能力。根據(jù)云南省用水類型情況，將水資源生態(tài)足跡分為三類，即生產(chǎn)用水、生活用水、生態(tài)用水，并依式(1)、(2)進(jìn)行計(jì)算[8]。

(1)

EFit=Pt×efit=γw×(Wit/Pw)

(2)

式中 EFwt——第t年水資源生態(tài)足跡，hm2；Pt——第t年人口數(shù)；efit——人均水資源生態(tài)足跡，hm2/人；γw——水資源全球均衡因子；Wit——第i類第t年消耗的水資源量，m3；Pw——水資源全球平均生產(chǎn)能力，m3/hm2。

2.2 水資源生態(tài)承載力模型

水資源生態(tài)承載力是某區(qū)域水資源能夠容納一定人口經(jīng)濟(jì)的最大限度。在水資源生態(tài)承載力計(jì)算公式中，通常是將60%的水用于維持生態(tài)環(huán)境，40%的水用于滿足人類社會(huì)的發(fā)展需求[9]。

ECw=P×ecw=0.4×φ×γw×Q/Pw

(3)

式中 ECw——水資源生態(tài)承載力，hm2；P——總?cè)丝冢籩cw——人均水資源生態(tài)承載力，hm2/人；φ——水資源產(chǎn)量因子；γw——水資源全球均衡因子；Q——水資源總量，m3。

2.3 水資源生態(tài)盈虧

區(qū)域水資源生態(tài)承載力若能滿足該地區(qū)的人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，則為水資源生態(tài)盈余，表明該地區(qū)處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；反之，則為其水資源生態(tài)赤字[10]，處于不可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)。

EDw=ECw-EFw

(4)

式中，若EDw>0，表示水資源為生態(tài)盈余；若EDw<0，則表示水資源為生態(tài)赤字。

2.4 萬元GDP水資源生態(tài)足跡

萬元GDP水資源生態(tài)足跡為該地區(qū)水資源生態(tài)足跡與該地區(qū)生產(chǎn)總值的比值，用以衡量水資源的利用效率。

(5)

式中 TSw——萬元GDP水資源生態(tài)足跡，hm2；GDP——地區(qū)生產(chǎn)總值，萬元。

2.5 LMDI分解法

指數(shù)分解方法的基本思想是把一個(gè)目標(biāo)變量的變化分解成若干個(gè)影響因素變化的組合，從而可以區(qū)分各個(gè)影響因素影響程度的大小。Divisia是指數(shù)分解法的一種，對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法(Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI)，是Ang等[11]在Divisia基礎(chǔ)上有效解決分解過程中出現(xiàn)的“0”值和殘差情況，所以應(yīng)用廣泛[12]。本文借鑒IPAT方程[13]的建模原理，在云南省建立水資源生態(tài)足跡分解模型，采用LMDI分解法加法形式進(jìn)行模型求解。

本文利用IPAT方程構(gòu)建云南省水資源生態(tài)足跡模型見式(6)—(11)：

(6)

(7)

LMDI分解模型加法形式：

(8)

(9)

(10)

(11)

2.6 相關(guān)參數(shù)的選取

水資源生態(tài)足跡計(jì)算中的主要參數(shù)包括：水資源均衡因子、水資源全球平均生產(chǎn)能力、水資源區(qū)域平均生產(chǎn)能力以及水資源產(chǎn)量因子。水資源均衡因子是將不同類型土地資源的生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)換為可以比較的相同土地資源的生產(chǎn)能力，本文采用世界自然基金會(huì)(WWF)對(duì)水資源均衡因子的計(jì)算值，即為5.19[14]。水資源產(chǎn)量因子是區(qū)域水資源量的平均生產(chǎn)能力與全球水資源量的平均生產(chǎn)能力即全球多年平均產(chǎn)水模數(shù)的比值[15]。經(jīng)參考相關(guān)研究成果，水資源全球平均生產(chǎn)能力的取值為3 140 m3/hm2[16]，根據(jù)云南省2006—2018年多年平均產(chǎn)水模數(shù)確定水資源平均生產(chǎn)能力為4 973 m3/hm2，產(chǎn)量因子約為1.58。

3 數(shù)據(jù)來源

云南省水資源總量、用水量(生產(chǎn)用水、生活用水、生態(tài)用水)、產(chǎn)水模數(shù)來源于《云南省水資源公報(bào)》(2006—2018年)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)(人口數(shù)據(jù)、國內(nèi)生產(chǎn)總值)來源于《云南省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2006—2018年)。

4 結(jié)果與分析

4.1 云南省水資源生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)分析

根據(jù)表1、圖1，分析表明2006—2018年云南省水資源總生態(tài)足跡整體呈平緩增加的趨勢(shì)。云南省水資源生態(tài)足跡從2006年的1 511.18萬hm2增加到2009年的1 592.99萬hm2，之后又呈小波動(dòng)緩慢增減趨勢(shì)，至2018年水資源生態(tài)足跡為1 625.24萬hm2。從全省GDP來看，云南省2006—2018年GDP以年均13%的速度在增長，萬元GDP水資源生態(tài)足跡TSw呈下降趨勢(shì)，整體來看云南省水資源生態(tài)足跡相對(duì)穩(wěn)定，水資源的消耗用量并沒有隨云南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而呈現(xiàn)出增長趨勢(shì)。

分析不同用水類型的水資源生態(tài)足跡，表明不同用水類型的水資源生態(tài)足跡差異較大，生產(chǎn)用水水資源生態(tài)足跡占總水資源生態(tài)足跡的80%以上，生活用水次之，生態(tài)用水所占的比重最小，且生活用水和生態(tài)用水的水資源生態(tài)足跡趨勢(shì)基本一致。

表1 云南省2006—2018年水資源生態(tài)足跡

圖1 云南省2006—2018年水資源生態(tài)足跡趨勢(shì)

4.2 云南省水資源生態(tài)足跡盈虧分析

分析圖2表明云南省水資源生態(tài)承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水資源生態(tài)足跡，水資源處于生態(tài)盈余狀態(tài)，即說明從全省來看，云南省水資源不存在生態(tài)赤字現(xiàn)象，水資源生態(tài)足跡處于水資源可承載范圍之內(nèi)，水資源處于可持續(xù)利用狀態(tài)，水資源開發(fā)利用還有很大的提升空間。2009—2012年水資源生態(tài)承載力和水資源生態(tài)盈虧處于波動(dòng)變化，這是因?yàn)?009—2012年屬于云南省連續(xù)4年干旱時(shí)期，2009、2011年為時(shí)間序列內(nèi)的特枯水年，尤其是2009年為云南省自1956年有資料以來平均降水量最少的一年，比常年降水量偏少24.7%，水資源總量也較低，水資源生態(tài)承載力也較低。

圖2 云南省EFwt、ECw、EDw趨勢(shì)

分析云南省各州市水資源生態(tài)足跡及水資源生態(tài)承載力(圖3)，表明云南省各州市水資源生態(tài)足跡整體較平穩(wěn)，但各州市水資源承載能力波動(dòng)較大，尤其以普洱市、臨滄市的水資源生態(tài)承載力最大；各州市水資源生態(tài)足跡雖均處于生態(tài)盈余狀態(tài)，但昆明市、玉溪市和楚雄州3個(gè)州市水資源幾乎瀕臨生態(tài)赤字，尤其省會(huì)昆明市水資源生態(tài)壓力最大，普洱市、臨滄市因水資源承載力較大，其水資源盈余量也最大。隨著云南省滇中引水工程的開工建設(shè)，昆明市、玉溪市和楚雄州作為滇中區(qū)域主要的受水區(qū)，該工程建成后可極大緩解滇中地區(qū)水資源供需緊張的突出問題。

圖3 云南省各州市EFwt、ECw、EDw趨勢(shì)

4.3 云南省水資源生態(tài)足跡驅(qū)動(dòng)因素分析

根據(jù)LMDI分解法的加法形式對(duì)水資源生態(tài)足跡分解模型進(jìn)行求解，確定云南省水資源生態(tài)足跡變化量。分析表2、圖4，表明2006—2018年云南省水資源生態(tài)足跡變化量(ΔEFw)呈波動(dòng)變化，各時(shí)間段變化差異較大，2006年(基準(zhǔn)年)與2018年水資源水資源生態(tài)足跡變化量為114.06萬hm2。

表2 云南省2006—2018年水資源生態(tài)足跡分解模型求解

分析云南省水資源生態(tài)足跡各驅(qū)動(dòng)因素，即結(jié)構(gòu)因素(ΔEFs)、技術(shù)因素(ΔEFi)、經(jīng)濟(jì)因素(ΔEFr)和人口因素(ΔEFp)(圖4)，表明技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)因素在水資源生態(tài)足跡變化中起著主導(dǎo)因素，人口因素和結(jié)構(gòu)因素的影響不顯著。

圖4 云南省2006—2018年水資源生態(tài)足跡各影響因素趨勢(shì)

a)結(jié)構(gòu)因素對(duì)水資源生態(tài)足跡影響最弱，該因素水資源生態(tài)足跡變化量接近0且在正負(fù)值之間微弱波動(dòng)，表明結(jié)構(gòu)因素對(duì)水資源生態(tài)足跡的驅(qū)動(dòng)作用并未完全顯現(xiàn)出來。

b)人口因素變化量均為正值且呈平緩穩(wěn)定趨勢(shì)，表明人口因素為云南省水資源生態(tài)足跡的正向驅(qū)動(dòng)因素。2006—2018年云南省以人口自然增長率0.6%左右的速度穩(wěn)步增長，人口因素影響的水資源生態(tài)足跡在9.065 3萬～10.596 5萬hm2之間變化，變化區(qū)間較小，表明人口因素對(duì)云南省水資源生態(tài)足跡的驅(qū)動(dòng)作用比較穩(wěn)定，整體驅(qū)動(dòng)作用不明顯。

c)技術(shù)因素變化量均為負(fù)值且絕對(duì)值較大，各年之間均有波動(dòng)變化，整體趨勢(shì)為負(fù)向逐漸上升趨勢(shì)。表明技術(shù)因素對(duì)云南省水資源生態(tài)足跡具有明顯的負(fù)向驅(qū)動(dòng)作用，而且負(fù)向驅(qū)動(dòng)作用大體呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)。由于近年來云南省各行業(yè)通過循環(huán)水利用、節(jié)水設(shè)施等技術(shù)水平改進(jìn)、提高，用水效率得到提升，有效抑制了云南省水資源生態(tài)足跡的增長趨勢(shì)，保障了云南省水資源可持續(xù)利用。

d)經(jīng)濟(jì)因素變化量均為正值且數(shù)值較大，各年之間均有波動(dòng)變化，整體趨勢(shì)為逐漸下降趨勢(shì)。表明經(jīng)濟(jì)因素對(duì)云南省水資源生態(tài)足跡具有明顯的正向驅(qū)動(dòng)作用，而且正向驅(qū)動(dòng)作用大體呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)。2006—2018年云南省GDP呈線性增長趨勢(shì)，萬元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐年下降趨勢(shì)。說明隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，云南省貫徹生態(tài)立省、環(huán)境優(yōu)先的思想于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全過程，不斷加大河湖水污染防治，在云南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展中，經(jīng)濟(jì)因素對(duì)水資源生態(tài)足跡的驅(qū)動(dòng)作用總體來說逐漸減弱，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源供需平衡的依賴性逐漸降低，該發(fā)展理念有效促進(jìn)云南省水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

5 結(jié)語

本研究根據(jù)水資源生態(tài)足跡模型，分析了云南省水資源生態(tài)足跡的動(dòng)態(tài)變化，采用LMDI分解法加法形式進(jìn)行了水資源生態(tài)足跡影響因素分析評(píng)價(jià)，并得出如下結(jié)論。

a)2006—2018年云南省水資源生態(tài)足跡整體呈平穩(wěn)緩慢增加趨勢(shì)，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡在總水資源生態(tài)足跡中所占的比重較大，生活用水和生態(tài)用水在總水資源生態(tài)足跡中所占的比重均較小。

b)2006—2018年云南省水資源生態(tài)承載力呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，水資源全部處于生態(tài)盈余狀態(tài)，水資源生態(tài)承載的潛力較大。各州市水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)承載力差距較大，各州市水資源全部處于生態(tài)盈余狀態(tài)，但昆明、玉溪、楚雄共3個(gè)州市水資源瀕臨生態(tài)赤字。

c)通過對(duì)云南省水資源生態(tài)足跡驅(qū)動(dòng)因素的分析，表明經(jīng)濟(jì)因素和人口因素為正值，作為云南省水資源生態(tài)足跡的正向驅(qū)動(dòng)因素，結(jié)構(gòu)因素、技術(shù)因素為負(fù)值，作為云南省水資源生態(tài)足跡的負(fù)向驅(qū)動(dòng)因素。4個(gè)因素中，技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素對(duì)云南省水資源生態(tài)足跡的影響最為顯著，結(jié)構(gòu)因素和人口因素對(duì)云南省水資源生態(tài)足跡的影響尚不明顯。