潘元全， 張巧麗， 徐立燕

(江蘇省水文水資源勘測(cè)局連云港分局， 江蘇 連云港 222004)

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源，同時(shí)也是重要的經(jīng)濟(jì)資源與戰(zhàn)略資源。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源需求量日益增加，水資源短缺和水污染問(wèn)題也越加嚴(yán)重。如今，水資源供需矛盾已經(jīng)成為制約城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與現(xiàn)代化進(jìn)程的重要因素，因此研究水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)關(guān)系十分重要。水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展是資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的具體體現(xiàn)。人類(lèi)在生存和發(fā)展過(guò)程中利用自然資源，同時(shí)自然界為人類(lèi)提供生命支持服務(wù)，這二者之間的關(guān)系可以用生態(tài)足跡模型來(lái)衡量。William和Wackemagel于1992年提出生態(tài)足跡理念[1]，通過(guò)量化人類(lèi)對(duì)資源的利用情況來(lái)，反映人類(lèi)生存與發(fā)展對(duì)自然生態(tài)的脅迫情況，進(jìn)而表征可持續(xù)發(fā)展的程度。后來(lái)有學(xué)者將生態(tài)足跡模型引入水資源領(lǐng)域，水資源生態(tài)足跡的意義體現(xiàn)在2個(gè)過(guò)程，包括人類(lèi)在生產(chǎn)生活中對(duì)水資源的消耗過(guò)程以及自然環(huán)境維持自身不斷進(jìn)化對(duì)水的需求過(guò)程。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水足跡理論進(jìn)行了充分的研究，包括水足跡的時(shí)空分布[2-3]、影響因素[4-5]、與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系[6-7]、與消費(fèi)模式的關(guān)系[8-9]等。本文將基于水足跡理論研究，基于脫鉤理論從宏觀層面構(gòu)建連云港市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的評(píng)價(jià)模型，探索2008—2017年連云港市水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)程度，為提高水資源利用效率，實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度與“三條紅線”控制及實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 水足跡理論及相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1.1 水資源生態(tài)足跡計(jì)算模型

按照水足跡的概念，水資源生態(tài)足跡是指為了維持人們正常的生產(chǎn)生活，在特定人口和經(jīng)濟(jì)狀況下，水資源消費(fèi)以及消納水污染所必須的生態(tài)生產(chǎn)性面積[10]。計(jì)算模型可表示為

(1)

式中：ECW為水資源生態(tài)足跡，hm2；N為人口數(shù)；ECw為人均水資源足跡，hm2·cap-1；γw為水資源的全球均衡因子；W為消耗的水資源量，m3；pw為水資源全球平均生產(chǎn)能力 ，m3·hm-2。

在水文學(xué)中，水資源的多年平均生產(chǎn)能力即多年平均產(chǎn)水模數(shù)，水資源的生產(chǎn)面積均衡因子等于全球水資源的生產(chǎn)面積的平均生態(tài)生產(chǎn)力除以各類(lèi)生產(chǎn)物的生產(chǎn)面積的平均生態(tài)生產(chǎn)力。

1.1.2 水資源承載力計(jì)算模型

水資源承載能力是指在某一歷史發(fā)展階段，以可以預(yù)見(jiàn)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展為條件，經(jīng)過(guò)合理的優(yōu)化配置，水資源對(duì)該區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支撐能力[11]。

水資源生態(tài)承載力計(jì)算模型為

(2)

式中：ECW為水資源生態(tài)承載力，hm2；α為扣除維持生態(tài)環(huán)境的系數(shù)，一般取30%～60%；φ為水資源產(chǎn)量因子。

1.1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

結(jié)合連云港市實(shí)際情況，考慮可操作性、可獲取性等原則，選取與水足跡、水資源利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要有水資源利用效率、水資源壓力指數(shù)、萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡3個(gè)指標(biāo)。

(1) 水資源利用效率

用每立方用水量可以產(chǎn)出的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值表示水資源利用效率，數(shù)值越大，表示可以產(chǎn)出更多的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，其計(jì)算公式為

(3)

(2) 水資源壓力指數(shù)

以水足跡與水資源承載力的比值表示水資源壓力指數(shù)，其計(jì)算公式為

(4)

當(dāng)EPIw>1時(shí)，表明該區(qū)域的水足跡大于水資源承載力，水資源消耗量大于水資源可提供量，水資源供不應(yīng)求；當(dāng)EPIw=1時(shí)，表明該區(qū)域的水資源消耗與水資源可提供量達(dá)到平衡狀態(tài)，水資源供需平衡；當(dāng)EPIw<1時(shí)，表明該區(qū)域的消耗量小于水資源可提供量，水資源生態(tài)環(huán)境安全，水資源供小于求。

(3) 萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡

萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡是指單位GDP的水足跡，同樣能夠反映水資源的利用效率，以水足跡與萬(wàn)元GDP的比值來(lái)表示。值越小，表示產(chǎn)生單位GDP的水足跡越小，水資源利用效率越高，反之則越低，計(jì)算公式為

(5)

1.2 協(xié)調(diào)發(fā)展脫鉤評(píng)價(jià)模型

脫鉤最早是指在工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，工業(yè)發(fā)展初期物質(zhì)能耗總量隨著經(jīng)濟(jì)總量的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)某個(gè)特定階段后則會(huì)出現(xiàn)反向變化，在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)物質(zhì)能耗的下降。按照單位GDP環(huán)境壓力降低是否會(huì)引起環(huán)境壓力總量的下降，“脫鉤”類(lèi)型主要可以分為相對(duì)脫鉤和絕對(duì)脫鉤。前者是指在經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)，對(duì)資源利用以及對(duì)環(huán)境壓力以一種相對(duì)較低的比率增長(zhǎng)，而絕對(duì)脫鉤是指經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中資源利用和環(huán)境壓力的增長(zhǎng)率在減小，盡管資源利用的總量變得越來(lái)越大。相對(duì)脫鉤最先發(fā)生，在人為控制之下將最終轉(zhuǎn)變?yōu)榻^對(duì)脫鉤。因此可以水足跡理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用脫鉤理論，從宏觀上描述水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系。根據(jù)脫鉤理論，水生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間可以概括為2種關(guān)系：一種是水生態(tài)足跡隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的耦合模型，另外一種是水生態(tài)足跡隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而減少的脫鉤模型。水資源脫鉤指數(shù)是指經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與水環(huán)境利用分離的程度。用水足跡衡量水資源利用變量，用GDP變化率衡量經(jīng)濟(jì)變量，引入Vehmast脫鉤模型分析水生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的脫鉤狀況，計(jì)算式為

(6)

式中：T為脫鉤指數(shù)；t、t-1分別為脫鉤測(cè)算年份，GDPt、GDPt-1分別是第t期和t-1期末的地區(qū)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值；ECt、ECt-1分別是第t期和t-1期末的水足跡。

2 實(shí)例分析

2.1 區(qū)域概況

連云港市位于江蘇省東北部，地處淮河流域沂沭泗河下游，地勢(shì)由西北向東南由高到低，屬于低山丘陵和平原地貌，境內(nèi)河網(wǎng)發(fā)達(dá)，屬暖溫帶南緣濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，兼有暖溫帶和北亞熱帶氣候特征，四季分明，氣候溫和，光照充足，雨量適中。全市多年平均氣溫14.0℃。多年平均降水量897.4 mm。降水量年內(nèi)分配不均，主要集中在汛期(5～9月)，多年平均汛期降水量約占全年總降水量的70%。降水量空間分布不均，由南向北遞減。全市多年水面平均蒸發(fā)量為855.1 mm。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文中的所有數(shù)據(jù)來(lái)源于《連云港市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《連云港市水資源公報(bào)》，包括人口總數(shù)、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、人均用水量、產(chǎn)水模數(shù)、以及歷年用水明細(xì)。根據(jù)用水特征，將用水賬戶細(xì)分為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、居民生活用水和生態(tài)環(huán)境用水4個(gè)子賬戶，其中居民生活用水包括農(nóng)村居民用水和城鎮(zhèn)居民用水。

3 結(jié)果分析

3.1 水足跡時(shí)間變化情況

根據(jù)計(jì)算，2008—2017年連云港市人均水足跡以及人均水資源承載力、水資源利用效率、水資源壓力指數(shù)、水資源生態(tài)足跡變化情況如表1所示。為研究連云港市2008—2017年人均水足跡和人均水資源的變化趨勢(shì)，繪制人均水足跡與人均水資源承載力變化圖(圖1)。

圖1 2008—2017年連云港市人均水足跡與人均水資源承載力變化趨勢(shì)

分析表1數(shù)據(jù)與圖1，2008—2017年10年期間連云港市人均水足跡呈波動(dòng)趨勢(shì)，但變化幅度較小，平均值為1.01 hm2。人均水資源承載力變化較大，這是因?yàn)樗Y源承載力與當(dāng)?shù)厮Y源量關(guān)系密切，當(dāng)?shù)厮Y源量與降水量呈正相關(guān)關(guān)系， 2012年最大水資源承載力值，因?yàn)?012年水資源產(chǎn)量因子最大，是典型的豐水年。從水資源壓力指數(shù)可以看出，由于計(jì)算水資源承載力時(shí)只考慮了當(dāng)?shù)厮Y源，2008—2017年10年期間連云港市水資源壓力指數(shù)除了2012年小于1，其余年份均大于1，表示這10年期間有9年連云港市水資源消耗量大于水資源可提供量，連云港市用水主要依靠調(diào)引江淮水，利用本地水資源量較少。水資源利用效率值從2008年的33.25元/m3上升至2017年98.53元/m3，上升了196.33%。萬(wàn)元GDP的值在逐年減小，從2008年的0.50減小至2017年的0.17。從水資源利用效率和萬(wàn)元GDP水足跡2個(gè)指標(biāo)的變化情況可以看出，連云港市用水效率處于逐年上升狀態(tài)。

將水資源賬戶細(xì)分，連云港市水足跡由農(nóng)業(yè)用水足跡、工業(yè)用水足跡、生活用水足跡以及生態(tài)用水足跡，根據(jù)歷年用水量計(jì)算各賬戶人均用水足跡，其變化情況如圖2所示。

表1 2008—2017年連云港市水資源生態(tài)足跡及相關(guān)指標(biāo)系數(shù)

圖2 2008—2017年連云港市各賬戶人均水足跡變化趨勢(shì)

分析圖2，可以看出，在各用水賬戶中，2008—2017年10年期間連云港市水足跡中農(nóng)業(yè)用水足跡占比最大，歷年來(lái)均達(dá)到75%以上，其次為工業(yè)用水，生態(tài)用水足跡占比最小。這是因?yàn)檫B云港市工業(yè)并不發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要組成部分。

3.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源利用的協(xié)調(diào)關(guān)系

以水足跡表示水資源利用情況，GDP值表示經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)情況，根據(jù)歷年的水足跡與GDP，計(jì)算2008—2017年10年間連云港市的水足跡變化率與GDP變化率，通過(guò)式(6)計(jì)算脫鉤指數(shù)，判斷水資源與經(jīng)濟(jì)利用的協(xié)調(diào)關(guān)系，其結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，2008—2017年這10年期間，連云港市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展除了2011年處于不協(xié)調(diào)狀態(tài)，其余時(shí)間處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，其中有4年處于優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)狀態(tài)。從水足跡變化率來(lái)看，10年期間有3年水足跡呈下降狀態(tài)，2011年上升最大。從GDP變化率來(lái)看，2008—2017年這10年期間連云港市國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值一直處于上升狀態(tài)，2014年之前GDP變化率均在10%以上，從2014年開(kāi)始，GDP增長(zhǎng)趨勢(shì)開(kāi)始變緩，維持在9.3%左右變化。

4 結(jié)論和建議

本文基于水足跡理論構(gòu)建脫鉤評(píng)價(jià)模型，從宏觀層面探索連云港市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)關(guān)系，從當(dāng)?shù)厮Y源來(lái)看，水資源壓力指數(shù)較大，用水主要依靠外調(diào)水，農(nóng)業(yè)用水是水足跡的主要構(gòu)成部分。2008—2017年，連云港市水資源利用效率不斷上升，水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，為提高水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展，提出以下建議：

(1)農(nóng)業(yè)用水是連云港市水足跡的主要構(gòu)成部分，要大力推行節(jié)水農(nóng)業(yè)，完善灌區(qū)取水輸水等骨干以及田間配套工程，提高農(nóng)業(yè)用水效率。

(2)水足跡中生態(tài)用水足跡占比極少，不利于改善生態(tài)環(huán)境。應(yīng)調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，加大生態(tài)用水，保障地區(qū)的保水能力。

表2 2008—2017年連云港市水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)協(xié)調(diào)關(guān)系評(píng)價(jià)

(3)落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度，守住水資源“三條紅線”，改善水環(huán)境質(zhì)量。加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，加大對(duì)高能耗、高污染企業(yè)的管理，促進(jìn)水資源可持續(xù)利用。

(4)為提高連云港市用水保證率，引江水北調(diào)已需常態(tài)化。