潘 犖，黃曉榮，，魏曉玥，張 浪

(1.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都610065；2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點實驗室，四川成都610065)

0 引 言

隨著城市化進(jìn)程的加快，水資源短缺問題已越來越嚴(yán)重，水資源可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)研究已成為目前研究的熱點和難點。而水資源作為一種同時具有生態(tài)屬性和社會經(jīng)濟(jì)屬性的自然資源，滲透到生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的方方面面，無法將其剝離獨立考慮其可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。因此，將水資源生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，以復(fù)合系統(tǒng)的形式考慮其可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)已成為共識[1]。目前，研究水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的方法主要有主成分分析法、模糊數(shù)學(xué)法、灰色聚類評價法及投影尋蹤模型等。張鵬、徐中兵等[2]利用模糊優(yōu)選模型，研究了且末區(qū)域水資源可持續(xù)利用與經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系；楊廣、何新林等[3]利用投影尋蹤技術(shù)，研究了瑪納斯河流域的水資源可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；李波、李春嬌等[4]利用模糊數(shù)學(xué)模型，研究了遼寧省水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。這些方法雖能在一定程度上評價水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力，卻無法將系統(tǒng)內(nèi)不同類別的能量進(jìn)行相互比較，也無法衡量各種資源對于社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的真實貢獻(xiàn)。

為此，本文針對傳統(tǒng)評價方法存在的不足，考慮利用能值理論與分析方法來評價水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并以成都市為例進(jìn)行實例分析，以期為評價系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)提供一種新的思路和方法。

表1 成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)性發(fā)展評價指標(biāo)體系

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

成都市作為四川省的省會，有著2 300多年的悠久歷史。成都地處四川盆地西部的岷江中游段，境內(nèi)地勢差異明顯，最高海拔5 364 m，最低海拔387 m，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)；全市年平均氣溫在15.2～16.6 ℃左右，年平均降水量為873 ～1 265 mm。成都共轄9個區(qū)、4個市、6個縣，轄區(qū)面積約12 121 km2，是中國西南地區(qū)的科技金融中心和交通樞紐。近年來，成都大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，對外開放水平逐年提高，綜合實力顯著增強(qiáng)；至2015年，全市地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到了10 801.2億元，在全國省會城市中排名第三，其中第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)分別實現(xiàn)增加值373.2億、4 723.5億、5 704.5億元，分別增長3.9%、7.2%、9.0%。

1.2 研究方法簡述

本文采用的是Odum創(chuàng)立的能值理論與分析方法，認(rèn)為世界上主要的能量均源于太陽。因此，在能值分析中以太陽能為基準(zhǔn)，利用能值轉(zhuǎn)換率將不同類別、不同形式的能量轉(zhuǎn)換為同一類別的太陽能[5- 6]，實現(xiàn)物質(zhì)流、能量流、貨幣流的統(tǒng)一度量，以此來比較不同類別的能量的真實價值以及衡量各能量對生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展的貢獻(xiàn)程度。能值可用能量與能值轉(zhuǎn)換率表示，即

能值 =能量×能值轉(zhuǎn)換率

1.3 研究數(shù)據(jù)來源

本文采用的降雨量、水資源總量、用水總量等水資源相關(guān)數(shù)據(jù)來自《成都市水資源公報》(2009年～2016年)；其他可更新資源、不可更新資源以及外部系統(tǒng)反饋輸入的能量及產(chǎn)品等數(shù)據(jù)均來自《成都統(tǒng)計年鑒》(2009年～2016年)、《成都市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》以及《四川省統(tǒng)計年鑒》(2009年～2016年)； 能值轉(zhuǎn)換率和能量轉(zhuǎn)換公式來自O(shè)dum[6]、藍(lán)盛芳[7]等的研究成果。

2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

本文根據(jù)成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值流特點，利用能值分析方法，構(gòu)建了成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)性發(fā)展評價指標(biāo)體系，將能值指標(biāo)分為系統(tǒng)能值流指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展能值評價指標(biāo)、水資源能值評價指標(biāo)以及可持續(xù)發(fā)展能值評價指標(biāo)等4類，并據(jù)此評價成都市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、水資源開發(fā)利用情況及其可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)性發(fā)展評價指標(biāo)體系見表1。

3 結(jié)果分析

據(jù)2008年～2015年成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要資源流及貨幣流相關(guān)原始數(shù)據(jù)，參照Odum、藍(lán)盛芳等給出的相關(guān)能量轉(zhuǎn)換公式及能值轉(zhuǎn)換率，利用表1構(gòu)建的評價指標(biāo)體系，計算出成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的主要能值流及其評價指標(biāo)(見表2)。

表2 2008年～2015年成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要能值指標(biāo)計算結(jié)果

注：因2016年成都市的行政區(qū)劃發(fā)生改變，故本次研究僅考慮至2015年。

3.1 系統(tǒng)能值流分析

成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)投入的總能值包括可更新資源能值、不可更新資源能值以及經(jīng)濟(jì)反饋輸入能值。一般情況下，某地區(qū)投入的總能值越多，表明該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高[8]。成都市系統(tǒng)能值流變化趨勢見圖1。從圖1可以看出，2008年～2014年，成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)投入的總能值呈上升趨勢，2015年有所下降，下降的主要原因是2015年成都市的外商投資和進(jìn)口商品數(shù)量大幅減少?？偟膩碚f，成都市近年來投入的總能值有所增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快。同時，系統(tǒng)內(nèi)可更新資源能值所占比重較小，平均僅占總能值投入的2.3%，且呈現(xiàn)下降趨勢，不可更新資源和反饋輸入能值投入率雖有所波動，卻一直處于一個較高的水平，對于系統(tǒng)發(fā)展的貢獻(xiàn)程度較高。

圖1 成都市系統(tǒng)能值流變化趨勢

由此可以看出，近年來成都的經(jīng)濟(jì)增長主要依賴于不可更新資源的消耗以及反饋輸入能值的投入，而對本地可更新資源的開發(fā)利用較少。

3.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展能值評價指標(biāo)

能值-貨幣比率即系統(tǒng)內(nèi)年投入總能值與當(dāng)年的GDP之間的比值，能用來反映一個區(qū)域的現(xiàn)代化水平[9]。一般情況下，能值-貨幣比率越低，表示每單位貨幣所能購買到的能值越少，即該區(qū)域?qū)o償資源(自然資源)的依賴性較小，也即該地區(qū)的現(xiàn)代化水平越高[8]。成都市能值-貨幣比率變化趨勢見圖2。從圖2可以看出，成都市2008年～2015年的能值-貨幣比率呈逐年下降趨勢，從2008年的1.12×1012sej/$，下降到2015年的0.83×1012sej/$，下降了26%，成都市的現(xiàn)代化水平逐年提高。

圖2 成都市能值-貨幣比率變化趨勢

凈能值產(chǎn)出率能用來反映經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)生產(chǎn)利用能值效率的高低，一般情況下，凈能值產(chǎn)出率越大，表明系統(tǒng)能值利用效率越高[10]。成都市凈能值產(chǎn)出率變化趨勢見圖3。從圖3可以看出，成都市2008年～2015年的凈能值產(chǎn)出率波動較大，說明近幾年成都市的能值利用效率不穩(wěn)定，這可能是由于反饋輸入能值的投入波動引起的。

圖3 成都市凈能值產(chǎn)出率變化趨勢

3.3 水資源能值流及評價指標(biāo)

水資源能值投入率即年用水能值與系統(tǒng)投入總能值之間的比值，能夠反映水資源對經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展的貢獻(xiàn)程度[11-12]。成都市水資源能值投入率變化趨勢見圖4。從圖4可以看出，成都市2008年～2015年的水資源能值投入率呈逐年減少的趨勢，從2008年的11.64%減小到2015年的3.69%，降幅達(dá)到了68%。這表明在成都市的能值利用結(jié)構(gòu)中，水資源所占的比重越來越小，成都市對水資源的依賴程度越來越小。

圖4 成都市水資源能值投入率變化趨勢

圖5 成都市人均能值用量、人均水資源能值用量對比

圖6 成都市能值利用強(qiáng)度、水資源能值利用強(qiáng)度對比

能值利用強(qiáng)度即單位面積消耗的能值數(shù)量，能用此來評價一個區(qū)域的經(jīng)濟(jì)開發(fā)水平。一般情況下，能值利用強(qiáng)度越高則該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)開發(fā)水平就越高[10]；人均能值用量即人均消耗的能值數(shù)量，能反映人民的生活水平和質(zhì)量，一般情況下，人均能值用量越高，則該地區(qū)人民的生活水平也就越高，生活品質(zhì)也就越好[10]。成都市人均能值用量與人均水資源能值用量對比見圖5。成都市能值利用強(qiáng)度與水資源能值利用強(qiáng)度對比見圖6。從圖5、6可以看出，成都市2008年～2014年的人均能值用量及能值利用強(qiáng)度均呈上升趨勢。受2015年系統(tǒng)外部反饋輸入能值大幅減少的影響，2014年～2015年有所降低，但整體來看仍呈現(xiàn)一個向上的趨勢。由此表明，成都市近年來經(jīng)濟(jì)水平有所提高，人民生活水平和生活品質(zhì)得以增強(qiáng)。同時，成都市近年來的人均水資源能值用量以及水資源能值利用強(qiáng)度均呈下降趨勢，人均水資源能值用量從2008年的6.19×1014sej/人降低到2015年的3.60×1014sej/人，降低了42%；水資源能值利用強(qiáng)度從2008年的6.13×1013sej/m2降低到2015年的4.36×1013sej/m2，降低了29%，這不符合經(jīng)濟(jì)水平逐年提高的現(xiàn)狀。成都市的水資源情況與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不相匹配，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展伴隨的是人均水資源能值用量及水資源利用強(qiáng)度的減少，成都水資源壓力巨大。

相對于人均用水量和地均用水量而言，人均水資源能值用量和水資源能值利用強(qiáng)度能同時兼顧水資源的生態(tài)屬性和社會經(jīng)濟(jì)屬性，并且能和其他能值用量進(jìn)行直接對比，是一種比較好的能夠表現(xiàn)水資源開發(fā)利用狀態(tài)的方式。

3.4 可持續(xù)發(fā)展能值評價指標(biāo)

環(huán)境負(fù)載率是一個能反映經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的環(huán)境壓力的指數(shù)。一般情況下，值越大表明該系統(tǒng)承受的環(huán)境壓力越大[13]。成都市環(huán)境負(fù)載率及可持續(xù)發(fā)展指數(shù)變化趨勢見圖7。從圖7可以看出，2008年～2015年成都市的環(huán)境負(fù)載率雖有所波動，但總體呈上升趨勢，其中2014年的環(huán)境負(fù)載率最高達(dá)到了77.2，平均環(huán)境負(fù)載率為49.8，高于國內(nèi)大部分地區(qū)[14-17](承德為8.36，泉州為40.2，青島為18.2)。這表明成都市較國內(nèi)其他地區(qū)而言，環(huán)境系統(tǒng)壓力巨大。

圖7 成都市環(huán)境負(fù)載率及可持續(xù)發(fā)展指數(shù)變化趨勢

可持續(xù)發(fā)展指數(shù)ESI是由美國生態(tài)學(xué)家Brown.M.T和意大利生態(tài)學(xué)家Ulgiati.S提出的，能綜合評價系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展性能的指數(shù)[18]。當(dāng)ESI<1時，表明經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)為消費型(多為發(fā)達(dá)國家或地區(qū))；當(dāng)110時，表明該地區(qū)的資源開發(fā)利用程度較低(多為不發(fā)達(dá)地區(qū))[18]。從圖7可以看出，成都市的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)較低，最高為0.11，多年平均值僅為0.04，低于全國大部分地區(qū)[14-17](黑龍江省為1.51，承德為0.73，青島為0.16)。同時，成都市2008年～2012年的ESI值下降趨勢較為明顯，2012年～2013年有所回升，2013年～2014年繼續(xù)下降，2014年～2015年再次回升，這種變化趨勢和系統(tǒng)內(nèi)可更新資源投入變化趨勢相同。說明區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展能力與可更新資源的投入密切相關(guān)，要想保證一個區(qū)域有較強(qiáng)的可持續(xù)發(fā)展能力，必須保證其有一定的可更新資源投入。因此，必須遵循能值投入搭配原則，不能盲目地輸入高能值資源，如經(jīng)濟(jì)反饋輸入能值等，而應(yīng)該使低能值的可更新資源與高能值的資源適當(dāng)搭配，以實現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 語

從本文對成都市水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)能值分析的結(jié)果可以看出：

(1)近年來，成都市的經(jīng)濟(jì)處于一個快速增長的態(tài)勢，對外開放水平逐漸增強(qiáng)。但與此同時，過快的經(jīng)濟(jì)增長也帶來了過大的環(huán)境負(fù)載率。成都市的發(fā)展主要是依靠不可更新資源以及反饋輸入能值的投入，而對于可更新資源尤其是水資源的投入逐年減少，系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力較低。

(2)近年來，成都市的水資源能值投入率、人均水資源能值用量以及水資源能值利用強(qiáng)度均呈逐年下降的趨勢。其中，水資源能值投入率降低了68%，水資源在成都市能值利用結(jié)構(gòu)中所占的比重越來越小。與此同時，人均水資源能值用量降低了42%，水資源能值利用強(qiáng)度降低了29%，成都市的水資源現(xiàn)狀已不能與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相匹配，水資源壓力巨大。長此以往，水資源短缺問題必將成為制約成都市可持續(xù)發(fā)展的主要因素。

(3)成都市必須調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，遵循能值投入搭配原則，適當(dāng)加大對水資源等可更新資源的投入，減小對不可更新資源的開發(fā)利用程度，以實現(xiàn)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。除此之外，為防止水資源短缺問題制約成都市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，應(yīng)大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、節(jié)水工業(yè)，提高工農(nóng)業(yè)的水資源利用效率。同時，加大對沱江過境水以及雨水等非常規(guī)水源的利用力度，以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的良性發(fā)展。

(4)利用能值理論與分析方法，不僅能量化水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和可持續(xù)發(fā)展能力，了解本區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和可持續(xù)發(fā)展能力在全國的水平，同時還能將系統(tǒng)內(nèi)不同類別的能量進(jìn)行相互比較，以衡量各資源對于系統(tǒng)發(fā)展的真實貢獻(xiàn)程度，是一種比較好的評價方法。