眉山市水足跡計算與水資源利用評價

陳泓舟，冉清紅

(1.成都師范學院史地與旅游學院/西部人文研究所，成都 611130；2.重慶師范大學地理與旅游學院，重慶 400047)

水資源是與人類生活密切相關的資源，具有十分重要的地位，但隨著人類社會經濟的發展和人口的增加，水資源的利用呈現出多種多樣的問題，表現出水資源的浪費、污染等,部分地區出現嚴重的缺水問題[1]。水足跡研究為地區水資源的可持續規劃和管理提供了新構想和研究方向。2002年胡克斯特拉在虛擬水基礎上首先提出了“水足跡”的概念[2]。水足跡從區域水足跡研究向水足跡研究特定產品水足跡研究不斷發展成熟。王艷陽研究表明減少出口水資源密集型產品，增加進口水資源密集型產品，有利于緩解地區水資源緊張問題[3]。國外學者主要研究特定產品的水足跡包括了糧食和主要畜產品等水足跡[4]。國內水足跡的研究主要集中在國家尺度與省級尺度上。在國家尺度上，袁野等人研究了中國各省虛擬水及城鄉差異與中國虛擬水分區[5]，趙良仕等基于全國水足跡面板數據，探討中國水足跡空間自相關模式[6]。在省級尺度上，韓玉等研究了各省的總水足跡與人均水足跡，并利用回歸曲線擬合預測虛擬水消費量等[7]。

水足跡研究方法多種多樣，有大量的研究成果作為基礎。本文以眉山市為研究區，用定量研究方法得出眉山市水足跡時空分異特征，建立評價體系，得出結論與建議，為眉山市水資源利用方向提供參考。

1 研究區概況

眉山市地處四川盆地以西的成都平原南部，地形總體上是南高北低，西高東低。區域的西部是山岳地帶，中部的岷江河谷平原比較平緩，東部的丘陵地帶比較起伏，南部的山岳地帶起伏較大，地形比較破碎。眉山市屬于亞熱帶季風氣候，年均降水天數達158d，年均降水量達1145.5mm，年均溫16.5℃。岷江和青衣江等河流流經。眉山市東西長151km，南北寬73km，總面積達7133km2。東邊接自貢和資陽，北與部成都相鄰，西鄰雅安，南鄰樂山。眉山市內包括東坡區、仁壽縣、洪雅縣、彭山區、青神縣和丹棱縣。2018年眉山市土地總面積713985.73hm2。其中農用地面積 620180.65 hm2，占土地總面積的 86.86%。建設用地面積 76265.86 hm2，占土地總面積 10.68%。其他土地面積17539.22 hm2，占土地總面積的 2.46%。眉山市戶籍人口約344.68萬人，人口與城市集中分布在東部的東坡區與仁壽縣兩地，兩地對水資源的需求較大，眉山市西部洪雅縣與丹棱縣地廣人稀，水資源豐富，眉山市水資源供給與需求矛盾突出，因此對眉山市水資源時空分布差異與利用研究是有價值的。通過計算眉山市水足跡，并對眉山市水足跡結構、效益、生態安全、水資源環境安全以及水資源可持續性等指標進行分析研究，揭示眉山市水資源時空分異特征。通過分析眉山市水資源時空分異特征，一方面，對眉山市總體水足跡進行摸底，計算出眉山市水資源現狀。另外一方面，通過建立水足跡評價指標來評價眉山市水資源利用現狀，為政府能夠正確使用和合理規劃調配眉山市水資源提供依據。

2 數據與方法

2.1 數據來源

根據中國氣象數據網，氣象資料主要選取眉山站點2009～2018年的主要氣象數據包括月降水量、高溫、最低溫度、平均相對濕度和日照等以及四川省氣象局統計資料。根據《眉山市統計年鑒2013～2018》以及《四川省統計年鑒2009～2018》并參考當地農業生長實際，選取眉山市歷年主要農作物、動物產品、工業用水、生活用水、其他需水量、生態用水量為水足跡研究對象。水文資料來自于《眉山市水資源公報2016》《眉山市水利統計年報2017～2018》等內部資料以及《四川省水資源公報2009～2018》等資料作為補充。

2.2 研究方法

2.2.1 水足跡計算模型 水足跡的計算使用了兩種主要的方法:基于消費收支理論的自上而下計算方法;自下而上的計算方法首先考慮產品或服務所消耗的水量[5]。以眉山市為研究, 選用從上到下的計算方法,具體計算見公式(1)：

WF=IWF+OWF

(1)

式中,WF是區域總水足跡(m3/a)；IWF是內部水足跡(m3/a)，是生產當地消費品和服務的水資源數量，具體計算見公式(2)：

IWF=DWU+AWU+EWU+IWU-VEW1

(2)

式中，DWU為生活水足跡(m3/a)；AWU為農業水足跡(m3/a)，即農業生產需水量；EWU為生態水足跡(m3/a)；IWU為工業水足(m3/a)；VEW1本地出口水足跡量(m3/a)。

OWF為外部水足跡(m3/a)，是指本地居民所消費的在外地生產的產品和服務所消耗的水資源數量，具體計算見公式(3)：

OWF=VWI-VWE2

(3)

式中,VWI為本地從其他國家或地區進口的水足跡總量(m3/a)；VWE2為向其他國家或地區輸出的進口產品再輸出的水足跡總量。

2.2.2 內部水足跡計算

(1)農作物水足跡

農作物水足跡是計算作物水位不可或缺的，可以用聯合國糧農組織推薦的標準彭曼公式計算每一種作物的用水需求[8]。計算公式為：農作物水足跡=產量×單位農作物產品虛擬水含量。

(2)動物產品水足跡

動物性產品的水需求是指根據動物的種類和飼養方式以及成長過程中的需水量。直接基于荷蘭水文環境工程研究所研究的關于各國動物制品虛擬水分含量的中國數據[9]。計算公式為：動物產品水足跡=產量×單位動物產品虛擬水含量。

(3)其他需水量(工業用水、生活用水、生態用水量)

計算工業產品水需求的原理與計算作物水需求相似，但由于無法系統地獲得關于工業產品的水消耗量的詳細數據，直接置換為眉山市水資源公報的城市產業的水消費。

(4)水足跡凈輸出量

由于眉山市產品貿易數據的局限性，采用林彤等的研究[10]，虛擬水貿易量采用如下公式：虛擬水凈輸出量=出口貿易值/地區生產總值×總用水量。

2.2.3 外部水足跡計算 外部水足跡指進口水足跡VWI減去本地進口再出口水足跡VWE2。計算公式為：虛擬水凈輸入量=進口貿易值/地區生產總值×總用水量。

2.2.4 水足跡評價指標體系 采用吳兆丹提出的水足跡評價方法，建立了相應的水足跡評價指標[11]。評估水足跡的主要指標由四大類組成，包括結構、效益、水資源生態安全和水資源可持續性指標。水足跡結構指標包括水資源進口依賴度和水資源自給率，水資源進口依賴度是區域外部水的足跡和區域水的足跡的關系，值越大輸入的虛擬水越多。水資源自給率說明了該地區消耗了多少本地水。水足跡效益指標包括了萬噸水足跡人口密度、水足跡經濟效益值、水足跡土地密度和水足跡凈貿易量。萬噸水足跡指標值越大說明對人口的支撐越多[12]。水足跡經濟效益值指標值越大說明對人口的支撐越多。水足跡土地密度反映了單位面積的耗水量。區域水足跡貿易為正值是水資源輸出地，負值反之[13]。水資源生態安全的主要指標是水資源匱乏度，反映了地區水資源的缺乏程度。水資源可持續指標主要包含水足跡增長指數，用于衡量區域水足跡增長[14]。

表1 眉山市水足跡評價指標體系

3 結果與分析

3.1 水足跡計算結果

3.1.1 農作物水足跡 從表2可以得出從2009～2018年眉山市單位農作物的平均水足跡含量由高到低依次為茶葉1690 m3/t、小麥1191 m3/t、油菜籽860 m3/t、玉米638m3/t、稻谷607m3/t、水果478m3/t和蔬菜155 m3/t。

表2 眉山市單位農作物水足跡 (單位：m3/t)

眉山市主要七類農產品中稻谷的產量最大，年均產糧達到77.8萬t。在表3中可以得出，從2009～2018年眉山市稻谷生產整個過程中的水足跡量最大平均達到了5.88×108m3。水果平均年產量達到110×104t，消耗的水足跡量平均能達到3.64×108m3。眉山市稻谷和水果生產所消耗的水資源量，占眉山市農產品總水足跡的65.2%。

在表3中可以得出，眉山市的玉米、蔬菜、油菜籽、小麥和茶葉年平均水足跡量為玉米1.81×108m3、蔬菜1.49×108m3、油菜籽0.73×108m3、小麥0.71×108m3、茶葉0.31×108m3。由于眉山市的農作物種植面積和產量居四川省前例，農作物產品的水足跡占農業水足跡的主要部分。

表3 眉山市2009～2018年農產品水足跡年際變化情況 (單位：億m3)

3.1.2 動物產品水足跡 通過計算中可以得出眉山市單位動物產品的水足跡，從2009～2018年單位動物產品平均水足跡最高的為牛肉平均值為12424m3/t，其后依次為羊肉5313 m3/t、豬肉3947 m3/t、小家禽肉3644m3/t、禽蛋3620m3/t、牛奶1000m3/t。在表5中，2009～2018年間豬肉的水足跡最大年平均水足跡量達6.75×108m3。這是由于生豬在眉山市的出欄量決定的，眉山市年平均生豬存欄量大253萬頭，豬肉年產量達19萬t，生豬的生長加工的水資源占到了動物產品水足跡量的59.7%，禽蛋年均水足跡1.47×108m3，小家禽肉年均水足跡1.42×108m3，生產牛奶的年均水足跡1.09×108m3，生產牛肉的年均水足跡達0.47×108m3以及生產羊肉的年均水足跡達0.26×108m3。

表4 眉山市單位動物產品水足跡 (單位：m3/t)

表5 眉山市2009～2018年農產品水足跡年際變化 (單位：億m3)

3.1.3 工業、生態、生活水足跡 從表6中得出工業用水、生活用水、生態用水需水量的變化是工業用水的水足跡量在10年間波動中有部分下降，工業用水的年均水足跡達2.41×108m3。生活用水的年均水足跡1.60×108m3，生態用水的年均水足跡0.44×108m3,生活用水的水足跡量有波動，整體上呈上升趨勢，生態用水的水足跡整體上呈上升趨勢。

表6 眉山市2009～2018年其他水足跡年際變化 (單位:億m3)

3.2 水足跡分析

眉山市2009～2018年10年間水總足跡量呈波動上升趨勢，2009年26.13×108m3，2018年增長34.34×108m3，年均增長4%。2009年眉山市人口為348萬人，2018年常住人口為344萬人，10年間人口減少了4萬人。GDP總額從2012年的465億元增長到2018年的1256億元，經濟的增長與發展帶來水足跡的增長。眉山市用水結構中，農業水足跡所占比重最大主要是農作物的生產占比較大，除此之外動物產品的水足跡緊隨其后，工業水足跡其次，最后是其他水足跡。

人均水足跡反映了眉山市居民人均消費水資源的能力。眉山市歷年人均水足跡在波動中呈上升趨勢，說明隨著經濟的發展，人們的消費水平提高，人均水足跡增加。眉山市2009年人均水足跡為748m3，到2018年眉山市的人均水足跡997 m3。與四川省其他地區相比，眉山市人均水足跡處于較高水平。但與南方沿海地區諸如福建、浙江、廣東的地級市相比人均水足跡相對較低。眉山市工業用水足跡、生活水足跡、虛擬水進口量和出口量結構基本穩定，農業水足跡和生態水足跡上升趨勢明顯。

表7 眉山市2009～2018年總水足跡含量 (單位：億m3)

表8 眉山市2009～2018年水足跡結構指標值

表9 眉山市2009～2018年水足跡效益指標值

表10 眉山市2009～2018年水資源生態安全、可持續性能指標值

4 眉山水資源特征

4.1 眉山市水資源具有可持續性特征

眉山市的水足跡結構指標中水資源進口依賴度十年間有一定的變化但幅度較小，十年間平均水資源的進口依賴度為0.56%，水資源自給率相對穩定十年間平均為99.42%。總體來看眉山市的水資源自給率較高，整體上水資源對外依賴度非常小，表現出眉山市水資源的可持續性。

4.2 眉山市水資源壓力呈上升趨勢

水足跡效益指標中萬噸水足跡人口密度呈下降趨勢，從2009年13.35人/104t 下降至2018年10.02人/104t表明眉山市人口增長人均水資源不斷減少，水資源壓力增大，水足跡經濟效益值整體上升從2009年17.8 m3/元增長至2018年為36.57 m3/元表明在工業生產中水資源消耗不斷增加，加大了眉山市水資源壓力，水足跡土地密度呈下降趨勢從2009年的3704.79 m3/hm2上升至2018年為4813.56 m3/hm2，反映了眉山市單位土地面積耗水量不斷上升。水足跡凈貿易量從2010年0.02億m3增長到2018年為0.25億m3，眉山市水資源對外依賴增大。眉山市農業水資源能夠承載的農業人口數在減少，人口承載能力在下降，農業水資源在本地起到的有效作用力在緩慢削弱。

表11 2018年眉山市六區縣水足跡及效率

4.3 眉山市水資源分布不平衡

眉山市水資源較豐富的地區主要是青神縣、洪雅縣和丹棱縣三地三地水資源占眉山市水資源的69%，但人口集中分布在東坡區、仁壽縣和彭山區三地占眉山市總人口的75%，三地平均水足跡土地密度與水資源匱乏度分別為5054.3 m3/hm2以及52.16%遠高于其他三地，表現出眉山市水資源地區分布呈現巨大差異。

表12 眉山市各區縣水資源效益分級

圖1 2018年眉山市水足跡效益分區

5 建議

5.1 調整產業結構

整體上看眉山市農產品生產耗費大量水資源，工業生產耗水量日益增加，因此需注重調整眉山市產業結構，大力發展節水農業，調整農作物種植結構，嚴格限制耗水量大和污染嚴重的企業。

5.2 提高水資源利用率

限制眉山市農業生產中的大水漫灌等方式，引進滴灌等方式提高農業用水的使用效率。在工業生產中重視對廢水污水的處理和重復利用，在居民日常生活中倡導節約用水，生活用水重復利用的觀念。

5.3 優化配置水資源

眉山水資源顯著的特點是水資源匱乏度、水資源增長指數等年際變化大，合理的修建水庫儲存降水，便于旱季使用，積極修建水渠引岷江水或與成都平原灌溉系統相銜接，合理開發和調度水資源。