東北亞寒區(qū)生產(chǎn)水足跡比較分析

李新建，戴長雷，李夢宇，張一丁

（1.黑龍江大學寒區(qū)地下水研究所,黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學水利電力學院,黑龍江 哈爾濱150080；3.中國水利水電科學研究院,北京 100038）

在我國現(xiàn)代化進程不斷推進的今天,水資源越來越受到人們的重視。水足跡是國家（地區(qū)）提供當?shù)禺a(chǎn)品和服務(wù)時所需的水資源用水量[1-3]。人類已經(jīng)開始從全局的角度來看待水資源,從而為水資源的利用、配置和管理提出了新的觀點。東北亞寒區(qū)是東北亞陸海地區(qū)共同構(gòu)成的一個重要地區(qū),受到各國專家和學者的廣泛重視[4]。當前,全球水資源嚴重短缺,生產(chǎn)用水與地區(qū)水資源緊張關(guān)系十分緊密。通過對東北亞寒區(qū)空間差異的研究,討論了其計算方法,并進行對比分析,為東北亞寒區(qū)不同區(qū)域的水資源利用提供依據(jù),從而有針對性地降低水資源不足地區(qū)的生產(chǎn)水足跡。

1 研究區(qū)概況

東北亞是指亞洲的東北地區(qū),地理緯度在10°N～40°N之間,經(jīng)度在0°～30°W 之間[5]。區(qū)域范圍根據(jù)目前全球公認的行政區(qū)域確定,包含了俄羅斯部分、蒙古國部分、中國部分、朝鮮部分、韓國部分、日本部分共六個國家。在本文中,東北亞地區(qū)的海域包含與北冰洋相鄰的三個陸緣海,自東到西依次是拉普捷夫海、東西伯利亞斯海和楚科奇海,另外還有連接太平洋的二個陸緣海,從東向西依次是日本海、鄂霍次克海[6-7]。

2 計算分區(qū)

2.1 行政分區(qū)

行政分區(qū)是指以國家為等級管理而實施的行政區(qū)劃[8-9]。東北亞的行政區(qū)劃是建立在各國現(xiàn)行的行政區(qū)劃之上的。中國是省區(qū),俄羅斯是聯(lián)邦政府,其他是國家。以區(qū)域為參量,同一國家的色彩必須統(tǒng)一,同一國家各行政區(qū)劃的分界線用阿拉伯數(shù)字標出[10],例如1、2、3……投影坐標系是WGS 1984 World Mercator。表1 顯示了每個行政區(qū)劃的名稱、人口和面積。俄羅斯、蒙古、日本、中國、韓國等國在2020年的人口普查中,朝鮮人口統(tǒng)計資料來源于2018年的統(tǒng)計。根據(jù)每個行政區(qū)的人口增長率,可以計算出2022年東北亞六國人口數(shù)目,并以此來計算人口與面積比率。由此可以得出：在人口上,中國人口最多,其次是日本；在國土面積上,俄羅斯的國土最大,其次是中國。

表1 東北亞地區(qū)的行政區(qū)劃名稱和人口、面積概況

2.2 流域分區(qū)

東北亞流域以地表水系為基礎(chǔ),由此可以得到16 個流域,其中東北亞流域中的主要流域包含葉尼塞河流域、勒拿河流域、黑龍江（阿穆爾河）流域。

葉尼塞河的發(fā)源地在蒙古,流經(jīng)多個地方最終流入喀拉海。該流域分布著眾多的河流。每年春季和夏季都是河流泛濫的時期,持續(xù)時間2～3 個月。葉尼塞河的兩岸風景秀麗,有很好的旅游資源[11-12]。

俄羅斯的一條內(nèi)河——勒拿河,最后匯入拉普捷夫海。夏短冬長,夏熱冬冷。勒拿河流域有大量的森林和礦物,主要有煤炭、天然氣、鉆石、黃金、鐵、巖鹽等[13]。

中俄邊境的黑龍江（阿穆爾河）流域,最后匯入太平洋的鄂霍茨克海。黑龍江（阿穆爾河）流域的淡水資源十分豐富,如大馬哈魚和青魚等[14-15]。

地表水研究對象是流域邊界。流域邊界的劃分以流域范圍為依據(jù),包括河流、水質(zhì)、地理位置等。選取三大分區(qū),以相同的色彩標示相同的流域分區(qū)[16]。如圖1 所示,I 代表葉尼塞河流域, II 代表勒拿河流域,Ⅲ代表黑龍江（阿穆爾河）流域。

圖1 東北亞寒區(qū)地表水系分區(qū)

圖2 東北亞寒區(qū)各行政分區(qū)生產(chǎn)水足跡

圖3 為東北亞地區(qū)不同行政分區(qū)的不同參數(shù)的特征曲線

3 計算方法

東北亞流域的生產(chǎn)水足跡研究是以主要流域為研究對象進行研究[17-18]。通過對water footprint network 的查詢,獲得東北亞各國的人均生產(chǎn)水足跡（見表2）。

表2 東北亞寒區(qū)六國生產(chǎn)水足跡統(tǒng)計

表2 人均生產(chǎn)水足跡與表1 所示的各行政區(qū)人口相結(jié)合,由此得到了東北亞23 個行政分區(qū)的水足跡（表3）。東北亞流域的生產(chǎn)水足跡計算,必須以東北亞流域流經(jīng)行政區(qū)劃面積與東北亞行政分區(qū)面積的比值,從而得到流域的生產(chǎn)水足跡。東北亞流域分區(qū)生產(chǎn)水足跡系數(shù)是根據(jù)流域生產(chǎn)水足跡與流域流經(jīng)行政區(qū)劃的區(qū)域比值。

表3 東北亞區(qū)域各流域生產(chǎn)水足跡

4 比較分析

1）比較東北亞六個國家的水足跡,得出蒙古國在東北亞各國中最高,朝鮮在東北亞各國中最低。根據(jù)人均生產(chǎn)水足跡數(shù)據(jù),對東北亞各行政區(qū)劃進行了對比,發(fā)現(xiàn)日本行政分區(qū)最高,為4901×108L/d,占所有行政分區(qū)的39%；楚科奇自治區(qū)行政分區(qū)最低,為2.5×108L/d,占所有行政分區(qū)0.02%。由此可發(fā)現(xiàn),東北亞23 個政區(qū)的單位人口數(shù)與其水足跡之間存在著密切的關(guān)系[19]。

2）對東北亞三大主要流域分區(qū)生產(chǎn)水足跡分析研究。首先,將三個主要流域的生產(chǎn)水足跡進行比較,結(jié)果表明：黑龍江（阿穆爾河）流域為最大,勒拿河流域為最低。并在此基礎(chǔ)上,對東北亞三大主要流域內(nèi)的生產(chǎn)水足跡進行對比分析。在勒拿河流域內(nèi),伊爾庫茨克州以42%比例為最高,而克拉斯諾亞爾斯克邊疆區(qū)則以1.2%的比例最低；在葉尼塞河流域內(nèi),克拉斯諾亞爾斯克邊疆區(qū)以39%比例為最高,薩哈（雅庫特）共和國以0.2%比例為最低。

黑龍江（阿穆爾河）流域,黑龍江省以42%的比例最高,猶太自治州以0.07%的比例最低。圖4～圖6 為三個主要流域的人口及生產(chǎn)水足跡折線圖。由此得出,東北亞各個流域的生產(chǎn)水足跡與人口的數(shù)量有著密切的聯(lián)系[20]。

圖4 葉尼塞河流域

圖5 勒拿河流域

圖6 黑龍江（阿穆爾河）流域

5 結(jié)論

選取參照人口、面積為指標,計算了行政分區(qū)和流域分區(qū)的生產(chǎn)水足跡,并在此基礎(chǔ)上對東北亞區(qū)域的水資源利用進行了空間差異分析。結(jié)論如下：

1）通過對東北亞寒區(qū)行政區(qū)劃的分析,南部地區(qū)的生產(chǎn)水足跡要比北部地區(qū)高。

2）東北亞行政區(qū)劃內(nèi),單位面積人口數(shù)量與各區(qū)域的生產(chǎn)水足跡有很大的相關(guān)性。

3）在東北亞流域分區(qū)中,各流域分區(qū)的生產(chǎn)水足跡與其人口數(shù)的多少密切相關(guān)。

該結(jié)論對東北亞地區(qū)的寒區(qū)生產(chǎn)水足跡的深入研究具有重要意義。