(遼陽市水務(wù)事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 遼陽 111000)

遼寧省位于我國工農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心區(qū)域，境內(nèi)河網(wǎng)水系稠密，主要有遼河、太子河、大凌河、渾河等，其水資源的可持續(xù)性將直接影響到我國東北部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性和生態(tài)環(huán)境安全[1]。遼寧省屬于大陸性季風(fēng)氣候，冬冷漫長、夏熱多雨，年均降雨量600～1100mm且在時(shí)空分布上極不均勻，因遼寧省特有的地理位置和氣候環(huán)境，造成了該區(qū)域的洪澇災(zāi)害、水環(huán)境污染等事件頻發(fā)，另外，遼寧省廢水的排放量以及水資源的需求量隨著城市化的快速推進(jìn)而不斷增加，水資源緊缺及其時(shí)空分布不均等問題更加嚴(yán)峻[2]。對該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的變化規(guī)律及其影響因素的研究，已成為正確處理人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源之間變化關(guān)系的主要途徑[3]。

生態(tài)足跡法是國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛且理論發(fā)展相對比較成熟的方法，該方法是由Hoekstra等[4]在William Rees的研究成果之上發(fā)展完善而來的，它是對一個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)規(guī)?；蛉丝诘乃Y源消費(fèi)污水吸收水平利用生產(chǎn)性土地面積進(jìn)行度量的方法，可為區(qū)域生態(tài)承載力能力范圍與水資源生態(tài)生產(chǎn)面積之間的和諧狀態(tài)提供定量的判別依據(jù)。近年來，我國學(xué)者對水資源生態(tài)足跡開展了大量研究，如潘安娥等[5]從水足跡方面對湖北省社會生產(chǎn)和生活與水資源壓力之間的變化關(guān)系進(jìn)行分析，揭示了區(qū)域水足跡表現(xiàn)出上升趨勢；黃林楠等[6]建立了基于產(chǎn)量與均衡因子的評價(jià)模型，并將其應(yīng)用于實(shí)際研究；張儀等[7]利用改進(jìn)的水資源生態(tài)足跡模型揭示出廣西省水資源正處于嚴(yán)重的不安全狀態(tài)；譚秀娟等[8]對我國水資源生態(tài)足跡變化趨勢利用ARIMA模型開展了深入的探討；孟麗紅等[9]認(rèn)為江西省的水資源可持續(xù)發(fā)展具有較大壓力，且生態(tài)足跡表現(xiàn)出明顯的上升趨勢。

目前，該領(lǐng)域的研究主要集中在水資源緊缺或較大尺度的范圍，而對我國東北部地區(qū)水資源方面的研究相對較少，尤其是考慮了水環(huán)境污染對水資源生態(tài)足跡影響的研究更少[10]。據(jù)此，本文基于水污染足跡的影響作用，以遼寧省為例開展研究并探討了影響其可持續(xù)性的關(guān)鍵因素，以期為遼寧省制定差別化水資源可持續(xù)利用相關(guān)制度和方案提供一定的數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

遼寧省2001—2016年的水資源公報(bào)、統(tǒng)計(jì)年鑒以及水環(huán)境狀況相關(guān)調(diào)查資料為本文數(shù)據(jù)的主要來源。首先動態(tài)分析了2000—2015年遼寧省水資源生態(tài)盈虧、萬元GDP等指標(biāo)變化特征，并對其14個(gè)地級市的空間分布特征進(jìn)行分析；然后結(jié)合人口、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、各賬戶用水量等參數(shù)分析了各影響因素的相關(guān)性，并在此基礎(chǔ)上找出主要因素，為提高遼寧省水資源與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供一定參考[11]。

1.2 水資源生態(tài)足跡模型

以水資源平均生產(chǎn)能力除以世界平均水平得到的結(jié)果即可作為區(qū)域水資源產(chǎn)量因子，對遼寧省各地級市的產(chǎn)量因子結(jié)合近15年的平均產(chǎn)水模數(shù)和水資源利用實(shí)際狀況進(jìn)行確定，結(jié)果見表1。參考黃林楠[6]等提出的均衡因子，分別選取5.19、0.35作為水資源與漁業(yè)均衡因子。

表1 遼寧省各地級市水資源產(chǎn)量因子

將水資源生態(tài)足跡按照不同的消費(fèi)方式可以劃分為漁業(yè)、淡水、水污染三個(gè)方面，其中淡水生態(tài)足跡是指生產(chǎn)、生活及其他用水。本文選取有機(jī)物與氨氮作為水污染足跡的特征指標(biāo)，并以最大污染足跡作為能夠反映區(qū)域水污染特征的生態(tài)足跡，水資源生態(tài)足跡表達(dá)式如下：

EFW=WFfiw+EFfrw+EFWP

(1)

(2)

(3)

EFWP=max(EFNP,EFCODP)

(4)

式中EFW、EFfiw、EFfrw、EFWP、EFNP、EFCODP——水資源、漁業(yè)、淡水、水污染、氨氮、有機(jī)物生態(tài)足跡，hm2；

Afiw、Afrw、CN、CCOD——水產(chǎn)品、淡水、氨氮和有機(jī)物的污染物總量，t；

Pfiw、Pw、PN、PCOD——全球水產(chǎn)品、水資源、消納氨氮污染、消納有機(jī)物污染的平均能力；

aw——均衡因子。

結(jié)合已有文獻(xiàn)資料和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量相關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，分別選取PN、PCOD為0.003145hm2/人與0.062896hm2/人，Pfiw選取為1.5t/hm2。

1.3 生態(tài)盈余和赤字計(jì)算

對比分析一個(gè)地區(qū)所擁有的生態(tài)承載力與水資源消耗形成的足跡，即可形成生態(tài)盈余或赤字，并且為維持一個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境的平衡應(yīng)至少扣除60%的水資源承載力，因此，可采用下式進(jìn)行水資源生態(tài)盈余的計(jì)算：

ECW=0.4γwφwQ/Pw

(5)

式中ECW——水資源生態(tài)承載力，m3；

γw、Pw——水資源全球均衡因子和全球平均生產(chǎn)能力；

φw——研究區(qū)域占世界平均水平的比值；

Q——水資源總量，m3；

0.4——在水資源總量中除去60%用于維持生態(tài)環(huán)境的剩余水量比重。

生態(tài)赤字或盈余是對生態(tài)可持續(xù)發(fā)展程度進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確評價(jià)的主要指標(biāo)，可采用下式進(jìn)行計(jì)算：

Erd=EFW-WCW

(6)

式中Erd——生態(tài)赤字或盈余。

區(qū)域生態(tài)足跡與當(dāng)?shù)谿DP的比值是衡量水資源利用效率的重要參數(shù)指標(biāo)，其值的大小反映了區(qū)域水資源利用效率的高低，表達(dá)式如下：

(7)

式中EFGDP、WGDP——萬元GDP水資源生態(tài)足跡和該區(qū)域的GDP值。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 水資源生態(tài)足跡變化

2000—2017年遼寧省年人均水資源生態(tài)足跡變化情況見圖1。由圖1可看出，遼寧省水資源整體呈現(xiàn)出上升趨勢，且在2011—2012年的增長幅度更加明顯。

圖1 2000—2017遼寧省年人均水資源生態(tài)足跡變化情況

對比分析生態(tài)足跡的組成比例可以看出(見表2)，對生態(tài)足跡總量貢獻(xiàn)較小的為淡水與漁業(yè)生態(tài)足跡，并且在2012—2015年生活與工業(yè)用水量逐漸下降，由此表明自2012年以來遼寧省在生活與生產(chǎn)上的水資源利用率不斷增加，節(jié)水意識逐漸加強(qiáng)。對水生態(tài)足跡貢獻(xiàn)較大的為水污染足跡，水資源生態(tài)足跡的變化趨勢與水污染保持良好的一致性。

表2 2000—2015年遼寧省人均淡水資源生態(tài)足跡 (單位：hm2)

研究區(qū)域在2011—2012年的水污染足跡呈顯著急劇的增長趨勢，增長量達(dá)35.26hm2/人，而在此后的幾年內(nèi)，水資源生態(tài)足跡呈現(xiàn)出一定幅度的下降趨勢。這可能與2013—2015年遼寧省加大了污染物排放管控力度相關(guān)，然而結(jié)合2015年的水污染足跡數(shù)據(jù)可知，該區(qū)域水污染仍處于較高的水平。

由遼寧省2000—2015的萬元GDP水資源變化趨勢(見圖2)可知，在研究期間遼寧省水資源利用效率逐漸得到提升，萬元GDP用水量呈現(xiàn)出較大幅度的降低，由此表明該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不是以犧牲環(huán)境和大規(guī)模地消耗水資源為代價(jià)而取得的，相反在研究期間遼寧省廢水處理率及水資源有效利用率逐年得到提升。由此可知，遼寧省的產(chǎn)業(yè)調(diào)整不僅有效促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且具有良好的環(huán)境效益。廢水排放的有效控制及節(jié)水意識的不斷加強(qiáng)，仍為目前水資源生態(tài)足跡方面的控制重點(diǎn)[12]。

圖2 2000—2015年遼寧省萬元GDP水資源生態(tài)足跡變化情況

2.2 各行政區(qū)水資源生態(tài)足跡空間差異

將遼寧省各地級市水資源數(shù)據(jù)輸入模型并運(yùn)算，可得各地級市的水資源生態(tài)足跡；結(jié)合遼寧省總的水資源量、土地面積以及世界平均水資源生產(chǎn)力、水資源產(chǎn)量因子等相關(guān)參數(shù)，可得各地級市在2015年的水資源承載力和生態(tài)壓力指數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表2。

表3 遼寧省各地級市2015年人均水資源生態(tài)足跡、生態(tài)承載力及生態(tài)盈余

續(xù)表

由表2計(jì)算結(jié)果可以看出，遼寧省人均生態(tài)足跡在大連、營口、鐵嶺等區(qū)域較大，由此可知在上述區(qū)域城市化快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中，城鎮(zhèn)公共用水、工業(yè)用水以及廢水的排放量較大，另外在沈陽、鞍山以及營口等區(qū)域的人均水資源生態(tài)足跡相對較大，這可能與上述區(qū)域人口密集、水資源需求量高、生活污水排放量大等因素相關(guān)。

根據(jù)各地級市人均生態(tài)承載力輸出結(jié)果可以看出，阜新市生態(tài)足跡最大，為16.28hm2，其次為沈陽，為15.35hm2，而在本溪市最小，為2.42hm2。結(jié)合各區(qū)域?qū)嶋H狀況可知，相對于其他區(qū)域阜新市的年降水量較為豐富，并且人口相對較少，該區(qū)域具有良好的蓄水與涵水條件。雖然沈陽市具有豐富的地下水資源，但該區(qū)域?qū)λ吹臄r蓄作用相對較低，其生態(tài)承載力水平處于中等水平。

從遼寧省各地級市生態(tài)盈余或赤字計(jì)算結(jié)果可以看出，遼寧省在2015年水資源整體處于赤字狀態(tài)，并以大連市最為顯著，為-6.37/hm2，其次為丹東市，為-5.37/hm2，僅有遼陽市、盤錦市以及葫蘆島市為輕微的生態(tài)盈余。由此表明，因遼寧省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，造成工農(nóng)業(yè)廢水排放量加大，并且人口數(shù)量的增加導(dǎo)致用水緊張等矛盾日趨突出。因此，為更好地促進(jìn)區(qū)域水資源的可持續(xù)發(fā)展，就必須加大對經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)區(qū)域的資金投入和技術(shù)支持，提高用水效率，緩解用水緊張矛盾，加強(qiáng)對水資源的保護(hù)。

2.3 水資源生態(tài)足跡影響因素

結(jié)合遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒、水資源公報(bào)以及水資源評價(jià)指標(biāo)選取原則等，本文選取能夠代表遼寧省水資源生態(tài)狀況的14項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，采用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4，其中“**”為0.01顯著性水平；“*”為0.05顯著性水平。

表4 人均水資源生態(tài)足跡指標(biāo)相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

表4中C1～C5分別為城鎮(zhèn)生活污水、人均GDP、工業(yè)廢水、常住人口數(shù)、農(nóng)村用水；C6～C10分別為工業(yè)用水量、城鎮(zhèn)居民用水、城鎮(zhèn)公共用水、水產(chǎn)品產(chǎn)量、第三產(chǎn)業(yè)廢水；C11～C14分別為農(nóng)業(yè)用水、萬元農(nóng)業(yè)用水、萬元GDP用水、萬元工業(yè)增加用水。

由相關(guān)性計(jì)算結(jié)果可以看出，對人均水資源生態(tài)足跡相關(guān)性較高的指標(biāo)為人均GDP、工業(yè)廢水以及城鎮(zhèn)生活污水。由此可見，隨著遼寧省城市化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，水環(huán)境污染已成為制約水資源可持續(xù)利用的主要因素。指標(biāo)C10～C14的相關(guān)性為負(fù)，由此表明可通過淘汰低產(chǎn)值、高耗水的企業(yè)促進(jìn)研究區(qū)域的產(chǎn)業(yè)升級，從而提高工農(nóng)業(yè)的用水效率。

3 結(jié) 論

a.對生態(tài)足跡總量貢獻(xiàn)較小的為淡水與漁業(yè)生態(tài)足跡，并且在2012—2015年生活與工業(yè)用水量逐漸下降，對水生態(tài)足跡貢獻(xiàn)較大的為水污染足跡，水資源生態(tài)足跡的變化趨勢與水污染保持良好的一致性。

b.在2011—2012年水污染足跡呈顯著急劇的增長趨勢，增長量達(dá)35.26hm2/人，而在此后的幾年內(nèi)，水資源生態(tài)足跡呈現(xiàn)出一定幅度的下降趨勢。遼寧省水資源利用效率逐漸得到提升，萬元GDP用水量呈現(xiàn)出較大幅度的降低，遼寧省的產(chǎn)業(yè)調(diào)整不僅有效促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且具有良好的環(huán)境效益。

c.遼寧省在2015年水資源整體處于赤字狀態(tài)，并以大連市最為顯著，為-6.37/hm2，其次為丹東市，為-5.37/hm2，僅有遼陽、盤錦以及葫蘆島3市為輕微的生態(tài)盈余；對人均水資源生態(tài)足跡相關(guān)性較高的指標(biāo)為人均GDP、工業(yè)廢水以及城鎮(zhèn)生活污水。