沱江流域水資源生態(tài)安全狀況分析

曹 越,盧建秋

(1.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院,哈爾濱 150080;2.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院,哈爾濱 150080)

水資源是一個國家重要的基礎(chǔ)性資源,由于它的有限性、時空分布不均勻性和不可替代性使得水資源安全成為決定我國經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵影響因素之一。沱江是四川重要河流之一,流域內(nèi)人口經(jīng)濟(jì)密集,是全省重要的工業(yè)集聚發(fā)展區(qū),也是全省重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū),以全省3.5%的水資源量和4.5%的幅員面積承載了全省22%的人口,創(chuàng)造了近1/4的地區(qū)生產(chǎn)總值。沱江流域的水資源安全直接影響著四川省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,對沱江流域的水資源的可持續(xù)性發(fā)展研究能為沱江流域的管理提供合理建議。

生態(tài)足跡分析法是由加拿大生態(tài)學(xué)家William提出并由Wackernage完善的一種可以衡量自然資源可持續(xù)性發(fā)展程度的方法[1],范曉秋[2]等在生態(tài)足跡模型的基礎(chǔ)上提出建立水資源賬戶增強(qiáng)了對水資源的功能的描述。經(jīng)過國內(nèi)學(xué)者不斷的研究發(fā)展,水資源生態(tài)足跡法以被廣泛的運(yùn)用于探究國內(nèi)不同地區(qū)的水資源的可持續(xù)發(fā)展程度[3-6],選擇研究區(qū)域時多以省和市為主,水資源具有流動性和共享性,流域的城市的水資源安全往往是一榮俱榮、一損俱損,文章以沱江流域?yàn)檠芯繉ο?構(gòu)建生態(tài)足跡模型,綜合分析沱江流域各市的水資源安全狀況和可開發(fā)利用程度,希望能對沱江流域的水資源管理提供參考。

1 沱江域概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 沱江流域概況

沱江是長江上游的一條支流,位于四川腹部,發(fā)源于川西北九頂山南麓,綿竹市斷巖頭大黑灣,流經(jīng)德陽市、成都市、資陽市、內(nèi)江市、自貢市,至瀘州市匯入長江,全長712km,流域面積3.29萬km2[7]。沱江流域地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,降雨量豐沛,但時空分布不均,降雨為夏季多冬季少。流域內(nèi)交通體系完備,是連接成都平原經(jīng)濟(jì)區(qū)和川南經(jīng)濟(jì)區(qū)的重要航線;工業(yè)企業(yè)密集,工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),工業(yè)廠況規(guī)模龐大,創(chuàng)造了四川省近1/3的工業(yè)產(chǎn)值,同時也是全省的農(nóng)業(yè)保障基地。沱江流域概況圖,見圖1。

圖1 沱江流域概況圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

文中流域內(nèi)各市的水文數(shù)據(jù)如水資源總量、各行業(yè)用水量等均來自于各年《四川省水資源公報》,各市常駐人口數(shù)量來源于《四川統(tǒng)計年鑒》。

2 研究方法及參數(shù)確定

2.1 研究方法

2.1.1 水資源生態(tài)足跡

水資源生態(tài)足跡是指在某一區(qū)域內(nèi),將該地區(qū)消耗的水資源轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的生產(chǎn)面積與全球其他地區(qū)相比較的對比值[8]。計算時,根據(jù)用水特性將水資源生態(tài)足跡按農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量、生活用水量、生態(tài)用水量分為4個子賬戶,其計算法如下:

(1)

式中:EFW、EFWi為總水資源和各子賬戶水資源生態(tài)足跡,hm2;P為區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)量,萬人;qi為用戶i的人均用水量,m3;γ為全球均衡因子;P為水資源全球平均生產(chǎn)能力,m3/hm2。

2.1.2 水資源生態(tài)承載力

水資源生態(tài)承載力是指處于某一發(fā)展階段時期的一個區(qū)域內(nèi)的水資源供給給該區(qū)域人類生存生產(chǎn)活動和維持自然環(huán)境正常運(yùn)行的能力[8]。其計算方法為:

(2)

式中:ECW、ecw為區(qū)域總水資源生態(tài)承載力和人均水資源生態(tài)承載力,hm2;ψ為水資源產(chǎn)量因子;wi為區(qū)域內(nèi)各子賬戶水資源量,m3;α為維持自然生態(tài)環(huán)境所需要的水資源量系數(shù)取60%。

2.1.3 水資源生態(tài)盈虧指數(shù)

水資源生態(tài)盈虧指數(shù)反應(yīng)了該區(qū)域的水資源的可持續(xù)發(fā)展程度。其計算方法如下:

EBW=ECW-EFW

(3)

式中:當(dāng)EBW﹥0時,表明該地區(qū)處于水資源盈余狀態(tài);當(dāng)EBW﹤0時,表明該地區(qū)處于水資源過載狀態(tài);當(dāng)EBW=0時,表明該地區(qū)處于水資源平衡狀態(tài)。

2.1.4 水資源生態(tài)壓力指數(shù)

利用水資源生態(tài)盈虧指數(shù)進(jìn)行區(qū)域水資源可持續(xù)性發(fā)展評價存在一個尺度問題,不能評價區(qū)域間的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r,也不能反應(yīng)生態(tài)環(huán)境受到壓迫強(qiáng)度的相對大小[9]。為了反應(yīng)水資源環(huán)境受壓迫程度,采用水資源生態(tài)壓力指數(shù)計算公式為:

(4)

式中:當(dāng)WPI>1時,該區(qū)域水資源處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);0

2.2 參數(shù)確定

文章采用的參數(shù)全球均衡因子γ和水資源全球平均生產(chǎn)力P采用已有的研究文獻(xiàn)[8]取參考值5.19、 3140 m3/hm2;ψ為水資源產(chǎn)量因子的計算公式[10]為:

(5)

式中:pw為該地區(qū)水資源平均生產(chǎn)能力。由公式(5)算得成都、自貢、瀘州、德陽、內(nèi)江、資陽各市的產(chǎn)量因子,分別為1.92 、1.06 、1.58 、1.44 、0.89 、1.35。

3 結(jié)果分析

3.1 水資源生態(tài)足跡

通過方程(1)計算出2010—2021年沱江流域內(nèi)各市的人均水資源生態(tài)足跡,從2010—2021年沱江流域的人均水資源生態(tài)足跡在0.2～0.8之間,總體為先上升后下降的變化趨勢。各市12a的人均水資源生態(tài)足跡變化趨勢為,成都市和德陽市人均水資源生態(tài)足跡總體變化趨勢為逐步降低;自貢市人均水資源生態(tài)足跡在0.45上下起伏;內(nèi)江市和資陽市人均水資源生態(tài)足跡為先增加后減少的趨勢;除瀘州市外流域內(nèi)各市從2016年起人均水資源足跡總體均呈現(xiàn)為下降趨勢,表明近幾年國家節(jié)水行動取得成效,居民節(jié)水意識得到提升;瀘州市人均水資源生態(tài)足跡表現(xiàn)為先緩慢上升再穩(wěn)定的狀態(tài),到2017年達(dá)到0.44后趨于穩(wěn)定。各市人均水資源生態(tài)足跡均有向0.45穩(wěn)定發(fā)展的趨勢;流域域內(nèi)各市人均生態(tài)足跡差異較小。

將2010—2021年流域內(nèi)各市水資源生態(tài)足跡的子賬戶水資源生態(tài)足跡所占比列變化計算出,沱江流域各市水資源生態(tài)足跡組成所占百分比,見表1。

表1 沱江流域各市水資源生態(tài)足跡組成所占百分比 %

由表中顯示可知,水資源生態(tài)足跡的主要貢獻(xiàn)者為農(nóng)業(yè),從2010—2021年農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)足跡均占到總水資源生態(tài)足跡的40%及以上;在2010年工業(yè)水資源生態(tài)足跡是水資源生態(tài)足跡的次要貢獻(xiàn)者,隨著國家節(jié)水行動的開展,工業(yè)用水大量降低,至2016年與生活水資源生態(tài)足跡占比相當(dāng),至2021年除瀘州市外流域內(nèi)各市工業(yè)水資源生態(tài)足跡占比均降到10%以下;子賬戶水資源生態(tài)足跡最低占比為生態(tài)水資源生態(tài)足跡。2010—2021年瀘州市除工業(yè)水資源生態(tài)足跡,其他子賬戶水資源生態(tài)足跡均有上升;2010—2016年內(nèi)江市農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)足跡從46.78提高到了82.31是內(nèi)江市2010—2021年總水資源足跡提高主要原因,其他各市雖然農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)足跡比例上升了,但農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)足跡量保持穩(wěn)定。各市工業(yè)水資源生態(tài)足跡均大幅降低,最高為自貢市,降低了31.11%,最低為資陽市降低了15.42%。生活水資源生態(tài)足跡量除成都市和瀘州市,其他各市保持穩(wěn)定,成都市常住人口由2010年的1400萬人增長到了2021年的2100萬人是生活水資源生態(tài)足跡增長的根本原因;生態(tài)水資源生態(tài)足跡均占比低,除德陽市外無明顯變化,德陽市生態(tài)水資源足跡增長5.51%。

3.2 水資源生態(tài)承載力

根據(jù)公式(2)計算出沱江流域內(nèi)各市的人均水資源生態(tài)承載力,2010—2021年沱江流域內(nèi)各市人均水資源承載力,見圖2。由圖2可知,流域內(nèi)瀘州市水資源生態(tài)承載力最高,其他各市差異不大,內(nèi)江市最低。瀘州市水資源豐富常住人口相對較少,因此人均水資源生態(tài)承載力的年紀(jì)變化明顯,其他各市年紀(jì)變化相對穩(wěn)定。

圖2 2010—2021年沱江流域內(nèi)各市人均水資源承載力

3.3 水資源生態(tài)盈虧狀況

根據(jù)公式(3)計算出沱江流域內(nèi)各市水資源生態(tài)盈虧指數(shù),2010—2021年沱江流域內(nèi)各市水資源生態(tài)狀況,見圖3。整體來看,沱江流域各市的水資源狀況處于水資源平衡狀態(tài),從2017年開始各市水資源生態(tài)狀況得到改善,至2019年流域內(nèi)各市水資源生態(tài)均達(dá)到生態(tài)盈余的狀態(tài);瀘州市水資源稟賦較好,對該地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展有較強(qiáng)的支撐力;內(nèi)江市水資源承載力較弱,水資源從2013—2018年均處于過載狀態(tài),經(jīng)過一系列的節(jié)水措施和宣傳,內(nèi)江市水資源生態(tài)狀況逐漸改善,到2019年達(dá)到水資源生態(tài)平衡;在2017年之后流域內(nèi)各市的水資源生態(tài)狀況均得到了改善,除內(nèi)江市外均處于生態(tài)盈余狀態(tài)。

圖3 2010—2021年沱江流域內(nèi)各市水資源生態(tài)狀況

3.4 水資源生態(tài)壓力指數(shù)

2010—2021年沱江流域內(nèi)各市水資源壓力指數(shù),2010—2021年沱江流域內(nèi)各市水資源壓力指數(shù),見圖4。由圖4可以看出,流域內(nèi)各市水資源生態(tài)壓力表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢,到2017年水資源生態(tài)壓力最大,其中內(nèi)江市達(dá)到最高3.12,之后生態(tài)壓力得到緩解至2019年流域內(nèi)各市水資源生態(tài)壓力均<1處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

圖4 2010—2021年沱江流域內(nèi)各市水資源壓力指數(shù)

4 結(jié) 論

文章結(jié)合水資源生態(tài)足跡理論對沱江流域內(nèi)各市近12年的水資源安全狀況分析,得到結(jié)論如下:

1)整體來看沱江流域內(nèi)各市的水資源均處于安全狀態(tài),2019—2021年各市的水資源生態(tài)均處于生態(tài)盈余狀態(tài),水資源生態(tài)壓力在逐漸減小,當(dāng)?shù)厮Y源可支撐該地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。

2)流域內(nèi)農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)足跡為總水資源生態(tài)足跡的主要貢獻(xiàn)者,其次為生活與工業(yè),最后為生態(tài)。由數(shù)據(jù)可知,各市工業(yè)用水量大幅降低產(chǎn)業(yè)節(jié)水效果較好;農(nóng)業(yè)用水量穩(wěn)步發(fā)展,為降低水資源生態(tài)足跡的突破點(diǎn)。

3)流域內(nèi)水資源生態(tài)狀況存在一定差異,內(nèi)江市水資源承載力相對其他各市較低,水資源生態(tài)在計算的12a中有7a處于過載狀態(tài),2021年農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)足跡在內(nèi)江市總水資源生態(tài)足跡中占69.76%,應(yīng)提高農(nóng)業(yè)用水效率及節(jié)水意識、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),以促進(jìn)內(nèi)江市水資源和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。瀘州市水資源稟賦較好,具有較強(qiáng)的水資源開發(fā)利用潛力。