基于水資源生態足跡模型的廣東省及珠三角九市水資源可持續利用研究

張義敏，張曉琳，陳 暢

(珠江水文水資源勘測中心，廣東 廣州 510370)

水資源是重要的自然資源和經濟資源，在人類生產和生活中發揮重要作用，水資源可持續利用對推動地區經濟高質量發展有重要影響[1]。William[2]提出生態足跡理論，用于定量核算人類占用的自然資源與地區承載力之間的關系，分析人類活動對生態系統的影響[3]，其學生Wackernagel[4]對該理論補充和完善。生態足跡模型發展至今已在國內得到廣泛研究和應用。黃林楠等[5]結合中國情況在生態足跡理論框架上設立水資源賬戶，構建了水資源生態足跡及水資源承載力模型，多名學者借助該模型分別對北京、天津、廈門、江蘇、四川等地區進行應用研究[6-11]。路瑞等[12]、趙博[13]分別從黃河流域、遼河流域等流域層面進行研究。還有部分學者采用水資源生態足跡模型結合其他模型進行水資源承載力、水資源與經濟協調發展研究[14-19]。廣東省位于南方豐水地區，由于經濟發展迅速，人口總量位于全國前列，水資源消耗量過多，但本地水資源有限，人均水資源量相對不足，全省人均水資源占有量不足1 700 m3，低于全國人均水資源量2 100 m3，不到世界人均水資源量的1/4。全省水資源時空分布不均，全年80%以上降雨集中在汛期，生產力布局與水資源分布不協調，珠三角九市人口占全省60%以上、GDP占全省80%以上，但水資源量僅占全省的31%。珠海、中山等河口城市枯水期受咸潮上溯影響較大，水質型缺水問題突出[20-21]。水資源時空分布不均、水環境壓力增大、資源與生產力布局不匹配已成為廣東省面臨的嚴峻問題[22]。

廣東省的水資源是粵港澳大灣區重要基礎性資源[23]，為促進粵港澳大灣區快速建設，亟需對廣東省及珠三角九市用水及水資源狀況開展進一步研究。雖然有部分學者對廣東省進行相關研究[24-26]，但鮮見基于水資源生態足跡模型從生產、生活和生態用水3個方面對廣東省及珠三角九市進行分析，本文基于2011—2020年社會經濟和水資源數據，借助水資源生態足跡模型進一步分析研究廣東省及珠三角九市水資源利用情況，為粵港澳大灣區高質量發展提供基礎數據支撐。

1 研究區域概況

廣東省位于中國大陸最南部，陸地面積約17.98萬km2，島嶼面積約1 592.7 km2。地勢大體呈北高南低，境內河流較多，珠江流域的西江、北江、東江在境內匯合后由珠江三角洲注入南海。全省降雨豐富，多年平均降雨量1 771 mm，水資源總量大，但時空分布不均。隨著經濟的發展，區域性季節性水資源供需矛盾、部分水域水質污染嚴重、水資源利用效率偏低等問題日益突出。珠三角九市是粵港澳大灣區的重要組成部分，包括廣州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、東莞市、中山市、江門市、肇慶市。

2011—2020年廣東省及珠三角常住人口、地區生產總值均呈增長趨勢，其中珠三角九市的人口、地區生產總值占全省的比重越來越大，常住人口比重從2011年53.75%增長至2020年61.97%，地區生產總值比重從2011年79.69%增長至2020年80.83%。2011—2020年廣東省及珠三角九市常住人口及地區生產總值，見表1。

表1 2011—2020年廣東省及珠三角九市常住人口及地區生產總值

由表2可知，2020年，廣東省用水總量405.2億m3，其中農業用水占52.0%，工業用水占19.9%，生活用水占17.9%。珠三角九市用水總量213.7億m3，占全省用水總量52.7%，其中工業用水占全省工業用水總量的83.5%，生活用水占全省生活用水總量的61.5%。2011—2020年間，珠三角九市用水總量占全省一半以上，年均達51.51%；其中生產用水占全省生產用水總量49.63%，生活用水占全省生活用水總量59.25%，生態用水占全省生態用水總量74.85%(表3)。說明珠三角九市用水對廣東省的用水量存在著極大的影響，對珠三角的水資源做好管控，有利于對全省水資源做好管控。

表2 2011—2020年廣東省及珠三角九市各類型用水量

表3 2011—2020年珠三角九市各類型用水量分別占全省各類型用水量的比重 %

進一步分析珠三角九市水資源開發利用情況，2011—2020年，珠三角水資源量占全省水資源量為28%～34%，而用水總量占全省用水總量均在50%以上，且呈弱增長的趨勢。2011—2020年間全省水資源開發利用率為22.79%；而珠三角九市已經達到了37.55%，說明珠三角九市水資源開發利用強度大，水資源承載能力面臨著一定的威脅，水資源缺乏等問題突出(表4)。

表4 2011—2020年廣東省及珠三角九市用水總量及水資源量

2011年年底和2012年年初廣東省政府分別印發了《廣東省最嚴格水資源管理制度實施方案》和《廣東省實行最嚴格水資源管理制度考核暫行辦法》，明確全省2016—2030年用水總量控制在450.18億m3，珠三角九市用水指標共計為218.28億m3(表5)。2020年廣東省、珠三角九市不含火核電用水總量分別為373.33億、182.30億m3，距離用水總量控制指標限制僅剩余76.85億、35.98億m3，深圳、珠海等城市已經十分接近用水總量控制紅線。

表5 2016—2020年廣東省及珠三角九市剩余用水總量指標 單位：億m3

2 數據與研究方法

2.1 研究方法

2.1.1人均水資源生態足跡模型

生態足跡是指能夠提供相應人口所消費的所有資源和吸納所生產的廢棄物所需要的生態生產性土地面積(包括陸地和水域)，主要用于評估某一地區的可持續發展[2]。在生態足跡理論基礎上加入水資源賬戶的生產、生活和生態3類用水構成水資源生態足跡模型，主要用于將地區消耗的水資源量轉化為水資源用地面積，對其均衡化后可用于全球范圍內不同地區相互比較[5]。

(1)

式中 EFW——人均水資源生態足跡，hm2；rw——水資源的全球均衡因子；W——人均消耗的水資源量，m3/人；PW——全球平均單位面積水生態足跡可供水資源量，m3/hm2。

2.1.2人均水資源生態承載力模型

基于生態足跡理論的生態承載力定義為：在不損害生態系統生產力和功能完整的前提下，一個地區所能提供給人類生態生產性土地的總面積；即在不損害生態系統生產力和功能完整的前提下，可持續利用的最大資源量和廢物產生率。在生態足跡理論基礎上的水資源生態承載力是指某一地區在一定發展階段，能供給區域生產、生活和生態用水的最大水資源供給量[29]。根據相關研究，一個國家或地區必須扣除水資源承載力的60%用于維持生態環境[5]。

(2)

式中 ECW——人均水資源承載能力，hm2；ψ——區域水資源產量因子；Q——人均水資源量，m3/人；PW——全球平均單位面積水生態足跡可供水資源量，m3/hm2。

2.1.3人均水資源生態盈余(赤字)

區域人均水資源生態盈余(赤字)等于人均水資源生態承載力減去人均水資源生態足跡，該指標可用于分析地區水資源可持續利用狀況[5,29]。

水資源生態盈余(赤字)=ECW-EFW

(3)

當ECW>EFW時，為水資源生態盈余，水資源供給能夠滿足地區生產、生活、生態用水需求，水資源可持續；當ECW

2.2 模型參數

主要參數有水資源全球均衡因子、水資源全球平均生產能力和區域水資源產量因子。根據有關研究水資源全球平均生產能力等于水資源總量除以區域面積，取值為3 140 m3/hm2[30]。水資源全球均衡因子采用WWF2000年核算的5.190[5]。區域水資源產量因子等于區域水資源平均生產能力除以全球水資源平均生產能力[30]，即廣東省產量因子等于廣東省多年平均產水模數除以全球多年平均產水模數，經計算為3.28；珠三角九市為3.36。

3 結果與分析

3.1 水資源生態足跡分析

3.1.1變化趨勢

依據水資源生態足跡模型計算公式(1)，分別計算廣東省和珠三角九市人均水資源生態足跡，計算結果見表6，變化趨勢見圖1。

表6 廣東省及珠三角九市人均水資源生態足跡計算結果 單位：hm2/人

圖1 2011—2020年廣東省及珠三角九市人均水資源生態足跡變化趨勢

根據表6、圖2可知，2011——2020年廣東省人均水資源生態足跡為0.613 hm2/人，整體呈下降趨勢，由2011年0.713 hm2/人，下降到2020年0.531 hm2/人，下降幅度為25.53%；珠三角九市人均水資源生態足跡為0.546 hm2/人，由2011年0.683 hm2/人，下降到2020年0.452 hm2/人，下降幅度33.82%，也呈明顯下降趨勢。

3.1.2原因分析

廣東省實行最嚴格水資源管理考核制度后，全省用水總量得到有效控制。全省用水總量由2011年453.28億m3，下降到2020年405.2億m3；2011—2020年間全省用水效率有明顯提高，萬元工業增加值用水量和萬元GDP用水量均呈顯著下降趨勢，萬元工業增加值用水量由65 m3下降到20.7 m3，萬元GDP用水量由88 m3下降到36.3 m3；人均綜合用水量由443 m3下降到323 m3，下降趨勢明顯；耕地實際灌溉畝均用水量略有下降。2011—2020年廣東省用水效率指標變化趨勢見圖2。

圖2 2011—2020年廣東省用水指標變化趨勢

2011—2020年間珠三角九市用水總量由2011年233.41億m3下降到2020年213.74億m3。2019、2020年珠三角九市萬元工業增加值用水量分別為23.2、20.6 m3；萬元GDP用水量分別為25.3、23.9 m3，人均綜合用水量分別為345、276 m3，耕地實際灌溉畝均用水量分別為725、692 m3。珠三角九市用水效率較高，用水指標處于全省最先進水平。

同時，由于常住人口的不斷增長，全省從2011年1.05億人增長至2020年1.26億人，增長幅度達20.17%；珠三角九市從2011年0.56億人增長至2020年0.78億人，增長幅度達39.14%。2011—2020年廣東省及珠三角人口及地區生產總值變化趨勢見圖3。

圖3 2011—2020年廣東省及珠三角人口及地區生產總值變化趨勢

綜合上分析，2011—2020年間全省用水效率不斷提高，用水總量不斷下降，同時隨著人口不斷增長，導致廣東省及珠三角九市人均水資源生態足跡均呈下降趨勢；由于珠三角九市人口增加幅度加大、用水工藝先進等因素，人均水資源生態足跡呈明顯下降趨勢。

3.2 各類用水的水資源生態足跡分析

運用式(1)計算廣東省及珠三角水資源賬戶下生產、生活、生態用水的水資源生態足跡，計算結果見表7。由表7可知，2011—2020年廣東省生產用水的水資源生態足跡為0.507 hm2/人，占水資源總生態足跡的82.73%，整體呈現與水資源總生態足跡基本相同的下降趨勢；生活用水的水資源生態足跡為0.097 hm2/人，占水資源總生態足跡的15.92%，2014年后基本維持在0.093～0.095 hm2/人；生態用水的水資源生態足跡為0.008 hm2/人，占水資源總生態足跡的1.35%，2019、2020年略有上升趨勢。

表7 廣東省及珠三角九市人均生產、生活、生態用水的水資源生態足跡 單位：hm2/人

2011—2020年珠三角九市生產用水的水資源生態足跡為0.436 hm2/人，占水資源總生態足跡的79.72%，整體呈現與水資源總生態足跡基本相同的下降趨勢；生活用水的水資源生態足跡為0.099 hm2/人，占水資源總生態足跡的18.32%；生態用水的水資源生態足跡為0.011 hm2/人，占水資源總生態足跡的1.96%。

由此說明，廣東省生產節水成效顯著，特別是工業用水，全省從2011年127.73億m3，下降到2020年80.52億m3，下降幅度36.96%；珠三角九市從2011年96.00億m3，下降到2020年67.20億m3，下降幅度30.00%；但由于農業用水量占全省用水總量一半以上(表8)，且用水量下降幅度較小，致使生產用水的水資源生態足跡依然占水資源總生態足跡比重較大。

表8 廣東省及珠三角九市農業、工業和生活用水分別占用水總量的比重 %

3.3 人均水資源生態承載力及生態盈余分析

運用式(2)、(3)計算廣東省及珠三角九市逐年人均水資源生態承載力和生態盈余(赤字)，計算結果見表9。由表9可知，2011—2020年廣東省水資源人均生態承載力為2.750～4.650 hm2/人，“十二五”期間(2011—2015年)年均為3.727 hm2/人，“十三五”期間(2016—2020年)年均為3.477 hm2/人，其中2013年達最大值4.611 hm2/人，2020年為最小值2.793 hm2/人。珠三角九市人均水資源生態承載力為1.450～2.700 hm2/人，2013年達最大值2.656 hm2/人，2020年為最小值1.467 hm2/人。通過比較2011—2020年人均水資源生態承載力與相應年份降水量的關系可以看出，人均生態承載力與降水量呈顯著的正相關關系，相關系數為0.903。因此，受年降水豐枯年交替影響人均水資源生態承載力出現上下波動的情況，見圖4。同時，由于研究期內人口不斷增長，廣東省及珠三角九市人均水資源生態承載力整體出現緩慢下降趨勢。

表9 廣東省及珠三角九市人均水資源生態承載力及生態盈余計算結果 單位：hm2/人

圖4 2011—2020年廣東省及珠三角九市水資源人均承載力、生態足跡與全省降水量的關系

2020年肇慶、江門和惠州的水資源生態承載力較大，分別為6.236、5.749、4.114 hm2/人，主要原因是這幾個市的水資源量較豐富(圖5)，分別為127.4億、102.4億、106.9億m3，同時常住人口和經濟相對于深圳、廣州等城市小。2020年深圳、東莞、中山的生態盈余量僅為0.10、0.12、0.12 hm2/人，佛山市為出現生態赤字0.03 hm2/人；主要由于這幾個市的水資源開發利用強度大，用水總量已接近或超過了地區水資源總量(圖6)，水資源承載力面臨一定的威脅。因此珠三角各市需協同發展，才能促進粵港澳大灣區整體水資源可持續利用。

圖5 2020年珠三角各市的水資源生態承載力和生態足跡

圖6 2020年珠三角各市的用水總量和水資源總量

2011—2020年廣東省及珠三角九市均為水資源生態盈余，廣東省生態盈余為2.260～3.940 hm2/人，珠三角九市為0.970～2.000 hm2/人。2011—2020年廣東省、珠三角九市平均水資源開發利用率分別為22.79%、37.55%，珠三角九市接近40%國際公認的水資源開發生態警戒線，說明2011—2020年，廣東省及珠三角九市整體水資源能夠滿足生產、生活和生態用水需求，區域整體水資源是可持續的，但隨著人口增長和城市發展用水需求的增加，水資源生態盈余緩慢減小，需加強水資源管理，提高水資源利用效率。

4 結論與建議

4.1 結論

通過收集2011—2020年廣東省及珠三角九市水資源開發利用和人口等數據，借助水資源生態足跡模型計算廣東省及珠三角九市人均水資源生態足跡、人均水資源生態承載力和人均水資源生態盈余(赤字)3個指標，分析廣東省及珠三角九市人均水資源稟賦情況，得出如下結論。

a)2011—2020年廣東省及珠三角九市人均水資源生態足跡整體呈下降趨勢，說明全省執行最嚴格水資源管理制度后用水總量得到控制，用水效率得到較大提高。

b)廣東省及珠三角九市各類型用水賬戶下，生產用水的人均水資源生態足跡占總人均生態足跡的80%以上，變化趨勢與水資源總生態足跡基本一致；全省農業用水量占用水總量1/2以上，農業節水還有較大空間。

c)廣東省及珠三角九市2011—2020年間整體均為水資源生態盈余，但水資源生態盈余量出現緩慢下降的趨勢，需加強水資源管理，提高用水效率。

4.2 建議

a)加強農業節水管理，提高地區水資源利用效率。廣東省農業節水還有較大空間，建議從提高灌溉水利用系數、調整農業產業布局等方面，重視農業用水管理，提高水資源利用效率。

b)加強區域水資源綜合治理，促進地區高質量發展。珠三角九市是粵港澳大灣區的一部分，也是廣東省經濟總量大、工業發達、人口密集的區域，為保障區域水資源可持續利用，促進地區高質量發展，建議在粵港澳大灣區建設過程中結合地區水資源稟賦條件及開發利用情況綜合考慮地區發展布局。