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        區(qū)域水資源生態(tài)承載力耦合模型研究

        2022-07-16 15:56:18劉文錚
        海河水利 2022年3期
        關(guān)鍵詞:赤字足跡遼寧省

        劉文錚

        (遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽 110003)

        水資源生態(tài)足跡是通過生態(tài)足跡變化與生態(tài)承載力比值進(jìn)行比較,得到判定某一區(qū)域的水資源可持續(xù)利用的發(fā)展?fàn)顟B(tài),為今后該區(qū)域水資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)水資源系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)可持續(xù)利用,把生態(tài)足跡概念引入到水資源開發(fā)利用領(lǐng)域,與水資源承載力和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)等方面相結(jié)合,得到廣泛應(yīng)用[1-3]。

        相關(guān)國家與研究學(xué)者在生態(tài)足跡與生態(tài)承載力研究方面已經(jīng)進(jìn)入一定的發(fā)展階段,國外與國內(nèi)在這方面的研究切入點(diǎn)有所不同。在國外,主要探討的內(nèi)容是在水資源生態(tài)足跡中融入了水資源可持續(xù)發(fā)展與承載能力,并進(jìn)行計(jì)算方法的改進(jìn)等方面研究[4,5]。在國內(nèi),許多學(xué)者研究主要是從時(shí)間尺度上進(jìn)行水資源生態(tài)足跡研究,比如,賈焰等[6]運(yùn)用生態(tài)足跡方法研究了石羊河流域水資源承載力與生態(tài)赤字問題;葛強(qiáng)等[7]建立龍川江典型流域水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計(jì)算模型,評(píng)估各用水方式下的水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力特征;劉梅等[8]利用河北11 個(gè)行政區(qū)的水足跡和水足跡強(qiáng)度時(shí)間序列進(jìn)行了分析,進(jìn)一步探討了水足跡的時(shí)空差異。

        在國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,考慮遼寧省水資源特點(diǎn),構(gòu)建遼寧省水資源生態(tài)足跡模型,對(duì)水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進(jìn)行研究。通過結(jié)果比較,判斷遼寧省水資源承載力目前的承載狀況,為該省在水資源合理配置與可持續(xù)利用等方面提供指導(dǎo)性的依據(jù)。

        1 研究區(qū)概況

        遼寧省位于中國東北地區(qū)南部,南臨黃海、渤海,地理位置118°~125°E、38°~43°N。截至2020年底[9],全省平均降水量748.0 mm,折合降水總量1 088.34億m3,比多年平均值少10.3%。降雨量分配不均,主要集中在7—8 月,占全年降水量的48.3%。全省水資源總量397.11 億m3,比多年平均值多16.2%。2020 年全省耗水量86.31 億m3,綜合耗水率67%。境內(nèi)有大小河流400 余條,主要有遼河、渾河、大凌河、太子河、繞陽河以及界河鴨綠江等,組成遼寧省的主要水系。氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候,四季分明,全年平均氣溫在7~11℃。2020 年,全省降水量、地表水資源量和水資源總量均多于多年平均值,地下水資源量少于多年平均值。與上年相比,水庫蓄水量有所增加,地下水水位總體平穩(wěn)。

        2 材料與方法

        2.1 用水賬戶劃分與原始數(shù)據(jù)來源

        生態(tài)足跡的計(jì)算具有高度的可重復(fù)性和廣泛應(yīng)用。根據(jù)遼寧省水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)用水內(nèi)容,主要包括了農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)公共用水、生活用水和生態(tài)環(huán)境用水等。結(jié)合遼寧省實(shí)際情況,水資源生態(tài)足跡又可以分為農(nóng)業(yè)、林牧漁畜業(yè)、工業(yè)和城鄉(xiāng)生活環(huán)境綜合用水足跡。

        原始數(shù)據(jù)分別來自遼寧省水利廳編制的2017—2021 年的《遼寧省水資源公報(bào)》和遼寧省統(tǒng)計(jì)局編制的《遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒》等。

        2.2 研究方法

        以水資源可持續(xù)利用為方向,以水資源承載力計(jì)算為理論基礎(chǔ),根據(jù)已有的相關(guān)成果,構(gòu)建遼寧省水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力模型,其中包含水資源生態(tài)足跡模型、水資源生態(tài)承載力模型、人均水資源生態(tài)盈虧及赤字、萬元GDP 水資源生態(tài)足跡。

        2.2.1 水資源生態(tài)足跡模型

        水資源的生態(tài)足跡是將每個(gè)用水賬戶的耗水量折算成相應(yīng)的土地利用面積,然后通過國家或地區(qū)水資源產(chǎn)量因子和水源均衡因子參數(shù),進(jìn)行平衡計(jì)算與分析,最終得到區(qū)域相互比較的均衡值。水資源生態(tài)足跡模型包括農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡中的農(nóng)業(yè)灌溉用水生態(tài)足跡、林牧漁畜用水生態(tài)足跡,工業(yè)用水生態(tài)足跡、城鎮(zhèn)公共用水生態(tài)足跡、生活用水生態(tài)足跡和生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)足跡,建立模型為:

        式中:WFef為水資源生態(tài)足跡(km2);ωef為人均水資源生態(tài)足跡(km2/人);WFa、WFf、WFi、WFc、WFl、WFe分別為農(nóng)業(yè)灌溉用水生態(tài)足跡、林牧漁畜用水生態(tài)足跡、工業(yè)用水生態(tài)足跡、城鎮(zhèn)公共用水生態(tài)足跡、生活用水生態(tài)足跡、生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)足跡(km2);Wa、Wf、Wi、Wc、Wl、We分別為農(nóng)業(yè)灌溉用水量、林牧漁畜用水量、工業(yè)用水量、城鎮(zhèn)公共用水量、生活用水量、生態(tài)環(huán)境用水量(m3);γ為水資源全球均衡因子;P為世界水資源平均生產(chǎn)能力(m3/km2);N為人口數(shù)量。

        雖然,傳統(tǒng)媒體數(shù)字報(bào)收費(fèi)遭遇了尷尬境遇,數(shù)字報(bào)紙付費(fèi)模式尚未探尋到合適的發(fā)展模式。但是,隨著付費(fèi)時(shí)代的到來,知識(shí)付費(fèi)有望成為內(nèi)容盈利的新渠道,數(shù)字報(bào)紙要不斷探索適合自身特點(diǎn)的付費(fèi)模式,努力扭轉(zhuǎn)發(fā)展不利的局面。

        2.2.2 水資源生態(tài)承載力模型

        水資源生態(tài)承載力是以滿足水資源生態(tài)足跡為目標(biāo),為某一地區(qū)在某一發(fā)展階段水資源提供支持資源-社會(huì)經(jīng)濟(jì)-環(huán)境發(fā)展的能力。考慮到一個(gè)國家或者地區(qū)的水資源承載能力中60%用于維護(hù)生態(tài)環(huán)境建設(shè),因此水資源生態(tài)承載能力計(jì)算要乘以0.4的系數(shù)。其計(jì)算公式為:

        式中:WFec為水資源生態(tài)承載力(km2);N為人口數(shù)量;ωec為人均水資源生態(tài)承載力(km2/人);ψ為水資源產(chǎn)量因子;γ為水資源全球均衡因子;Q為水資源總量(m3);P為世界水資源平均生產(chǎn)能力(m3/km2)。

        2.2.3 人均水資源生態(tài)盈虧及赤字

        人均水資源生態(tài)盈虧及赤字就是指區(qū)域的人均水資源生態(tài)承載力與人均水資源生態(tài)足跡差額,能夠反映人均水資源可持續(xù)利用水平,ωrd為負(fù)值,說明生態(tài)赤字;ωrd為正值,說明生態(tài)盈余。其計(jì)算公式為:

        2.2.4 萬元GDP水資源生態(tài)足跡

        萬元GDP水資源生態(tài)足跡=WFef/GDP總值(10)

        3 計(jì)算與分析

        3.1 計(jì)算參數(shù)確定

        水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計(jì)算模型中參數(shù)較多,參考相關(guān)研究文獻(xiàn),需要確定計(jì)算基本參數(shù),包括世界水資源平均生產(chǎn)能力P、水資源全球均衡因子γ、水資源產(chǎn)量因子ψ,具體取值結(jié)果詳見表1。

        表1 水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力計(jì)算參數(shù)[10,11]

        3.2 綜合分析

        遼寧省水資源生態(tài)足跡,詳見表2。遼寧省水資源生態(tài)足跡趨勢、水資源生態(tài)承載力趨勢、水資源生態(tài)盈虧及赤字變化及萬元GDP 水資源生態(tài)足跡變化,分別如圖1—4所示。

        表2 遼寧省水資源生態(tài)足跡km2

        圖1 遼寧省水資源生態(tài)足跡趨勢

        根據(jù)表2結(jié)果可知,遼寧省各個(gè)用水情況的水資源生態(tài)足跡中農(nóng)田灌溉用水生態(tài)足跡大于工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水等水資源生態(tài)足跡。由圖1可以看出,遼寧省在近5 a內(nèi)水資源生態(tài)足跡呈現(xiàn)逐年下降趨勢,以2018年為界點(diǎn),先極速下降后再緩慢下降,2017—2018年年均下降率達(dá)到1.67%,2018—2021年年均下降率為1.02%。人均水資源生態(tài)足跡2021年比2017年下降了2.14%,其人均水資源生態(tài)足跡變化趨勢與水資源生態(tài)足跡變化基本一致。主要下降原因是農(nóng)田灌溉用水、工業(yè)用水等呈現(xiàn)下降趨勢,林牧漁畜業(yè)、生態(tài)環(huán)境用水所占的比重比較少,總體用水量呈下降趨勢,導(dǎo)致水資源生態(tài)足跡也相應(yīng)減小,說明推進(jìn)重點(diǎn)工程和民生工程建設(shè)取得了一定效果。

        由圖2 可以看出,遼寧省2017—2021 年水資源生態(tài)承載力呈現(xiàn)波動(dòng)性變化,平均承載力為170 287.34 km2,呈現(xiàn)先升后降再升高趨勢,在2018年達(dá)到最高值285 857.93 km2,在2020年達(dá)到最低值為76 220.08 km2,最高值與最低值相差209 637.85 km2。同時(shí),人均水資源生態(tài)承載力基本上與水資源生態(tài)承載變化趨勢一致,相似度極高,最高值與最低值變化達(dá)0.493 km2。

        圖2 遼寧省水資源生態(tài)承載力趨勢

        根據(jù)圖1與圖2比較,總的水資源生態(tài)足跡遠(yuǎn)大于相應(yīng)的水資源生態(tài)承載力,說明遼寧省水資源供給不足,不能滿足當(dāng)前全省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要??傮w來說,2017—2021 年遼寧省水資源生態(tài)盈虧及赤字出現(xiàn)了先增加后下降的趨勢。圖3 顯示,在2018年和2019 年出現(xiàn)水資源生態(tài)盈余,其余3 a 出現(xiàn)了負(fù)值,說明出現(xiàn)了水資源生態(tài)赤字,其中2020 年最為嚴(yán)重,人均水資源生態(tài)赤字達(dá)到了-0.372 km2。2018年和2019年水資源生態(tài)盈余是由于連續(xù)2 a降雨量非常充沛,分別達(dá)到了924.2、751.1 mm,相應(yīng)的水資源總量也比其他年份增多,提高了水資源承載能力,出現(xiàn)生態(tài)赤字是由于在用水總量不變情況下水資源總量低于平均水平所致。

        圖3 遼寧省水資源生態(tài)盈虧及赤字變化

        從圖4 可以看出,遼寧省生產(chǎn)總值在逐年增加,5 a 的增長率為28.9%;萬元GDP 水資源生態(tài)足跡呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢,年均下降率為24.5%。這說明遼寧省的水資源開發(fā)利用率在逐漸增長,與社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展趨勢是相一致的。

        圖4 遼寧省萬元GDP水資源生態(tài)足跡變化

        4 結(jié)論與建議

        水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力能夠反映區(qū)域的水資源可持續(xù)利用與變化狀況。通過建立水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力模型,選取2017—2021 年為計(jì)算時(shí)段,計(jì)算遼寧省各個(gè)用水方式的水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力變化。在連續(xù)5 a內(nèi),該省農(nóng)田灌溉用水生態(tài)足跡大于林牧漁畜業(yè)用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)公共用水、生活與生態(tài)用水的生態(tài)足跡,總的水資源生態(tài)足跡超過了水資源生態(tài)承載力,在2018 年和2019 年水資源出現(xiàn)生態(tài)盈余,其余各年出現(xiàn)生態(tài)赤字,2020 年達(dá)到最低值,生態(tài)赤字出現(xiàn)說明了不利于水資源的可持續(xù)利用。最后分析了萬元GDP 水資源足跡的變化,發(fā)展趨勢為逐年降低,說明水資源利用效率在不斷提高。

        根據(jù)以上計(jì)算和分析結(jié)果,為保證遼寧省水資源的可持續(xù)利用,提出以下建議:①提高節(jié)水意識(shí),改善農(nóng)林牧漁畜業(yè)用水方式;②改善水資源供需方式,消除水資源用水安全隱患;③建立水資源法律體系,加強(qiáng)水資源管理;④進(jìn)行產(chǎn)業(yè)調(diào)整,提高水資源利用率。

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