欒 城

(北票市水務事務服務中心,遼寧 北票 122100)

水資源是關乎國家安全和經濟可持續(xù)發(fā)展的基礎性資源,加強水生態(tài)保護實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展已迫在眉睫,所以計算水生態(tài)承載力及其生態(tài)足跡具有重要意義。1992年Rees WE等提出了生態(tài)足跡概念,通過測算生物生產性土地面積定量分析區(qū)域可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)以及資源利用程度,可以直觀地比較和測量自然生態(tài)系統(tǒng)承載力之間的差距及人類經濟系統(tǒng)的需求[1]。目前,我國許多學者利用生態(tài)足跡廣泛探究了不同地區(qū)的水資源利用狀況,如劉玉邦等以成都市為例,運用水生態(tài)足跡和LMDI分解法分析了2000—2016年其水生態(tài)足跡變化及影響因素;王文國等采用生態(tài)足跡模型分析了2001—2009年四川省水生態(tài)承載力和生態(tài)足跡;位帥等利用可持續(xù)利用評價法和水生態(tài)足跡分析2000—2017年城市水資源數(shù)據(jù),結果顯示節(jié)水工作有利于促進區(qū)域水資源合理利用;樊丞越采用指數(shù)平滑法與水生態(tài)足跡模型,測算了杭州市河口地區(qū)2020—2025年水生態(tài)足跡;曹坤等利用支持向量機SVR預測了2014—2016年上海市水生態(tài)足跡;譚秀娟等應用水生態(tài)承載力和水生態(tài)足跡模型客觀評價了我國水資源可持續(xù)利用水平,采用ARIMA模型深入探究了水生態(tài)足跡變化態(tài)勢;朱高立等綜合利用灰色預測模型和水生態(tài)足跡模型分析了2005—2018年鹽城市生態(tài)系統(tǒng)狀況[2-8]。鑒于此,文章結合相關研究成果,從時間與空間上利用水生態(tài)足跡盈虧模型、用水效率模型分析2019年14個地級市和2008—2020年全省水資源利用情況,旨在為區(qū)域水資源合理配置以及可持續(xù)利用提供決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 水生態(tài)盈虧模型

水生態(tài)赤字或盈虧能夠直觀地反映區(qū)域水資源可持續(xù)利用狀態(tài),實質上就是比較水生態(tài)承載力ECw與水生態(tài)足跡EFw之間的關系,其表達式為[9]:

EDw=EFw-ECw

(1)

式中:EDw>0為水生態(tài)赤字,說明水資源供給不足以支撐各行業(yè)消費,為維持社會經濟發(fā)展需要犧牲生態(tài)環(huán)境或區(qū)域外調水補給;EDw<0代表水生態(tài)盈余,說明現(xiàn)有水資源能夠支撐進一步發(fā)展和生態(tài)環(huán)境良好,可以維持可持續(xù)利用狀態(tài);EDw=0代表水生態(tài)平衡,水資源處于臨界狀態(tài)。因此,為獲取計算結果,需要確定水生態(tài)承載力ECw與水生態(tài)足跡EFw。

1)水生態(tài)足跡EFw。水生態(tài)足跡就是利用水資源用地面積替代消耗的水資源量,通過均衡化處理獲取適用于不同地區(qū)相互比較的均衡值,計算公式為:

EFw=efw·N=aw·(W/V)

(2)

式中:efw、N為水生態(tài)足跡,hm2·人-1和區(qū)域人口數(shù);aw、V為水資源的世界均衡因子和平均生產能力,m3·hm-2;W為研究期間所消耗的水資源,m3。由于統(tǒng)一標準和計算水資源世界均衡因子aw難度較大,故均衡因子計算值直接利用黃林楠等[10]核算結果。

2)水生態(tài)承載力ECw。為維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境必須扣除至少60%的水資源承載力,參照該原則,本研究將扣除維持生態(tài)環(huán)境的水資源量作為水生態(tài)承載力,具體如下:

ECw=ecw·N=(1-60%)·aw·r·(Q/V)

(3)

式中:ecw、N為水生態(tài)承載力,hm2·人-1和區(qū)域人口數(shù);r、Q為水資源產量因子和研究期間水資源總量,m3。實際計算時r取1,產量因子就等于該地區(qū)與世界平均生產能力之比。為保證計算精度并簡化運算流程,我國平均水資源承載力用中間量V′來表征,依據(jù)遼寧省在中國的水資源產量因子確定其在世界范圍的產量因子,計算公式為:

r=V′/V=r′·r″

(4)

式中:r′、r″為研究區(qū)在中國范圍內和中國在世界上的水資源產量因子,在r′計算過程中設定全國產量因子為1;V′、V為研究區(qū)和世界的水資源生產力,m3·hm-2,采用下式計算水資源生產力:

V=Q/S

(5)

式中:Q、S為研究期間計算區(qū)域的水資源總量,m3/hm2。

1.2 用水效率計算方法

為計算分析區(qū)域水資源利用效率,將反映經濟發(fā)展狀況的國內生產總值與水生態(tài)足跡相結合引入萬元GDP水生態(tài)足跡EFw′指標[11-12],計算公式為:

(6)

式中:EFw′為指標值越大表示萬元GDP所引起的水生態(tài)足跡越高,區(qū)域用水效率越低,反之則越高。

1.3 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于2008—2020年中國統(tǒng)計年鑒、遼寧省統(tǒng)計年鑒以及水資源公報等,由于部分生態(tài)用水數(shù)據(jù)缺失,在計算時段內生態(tài)用水占總水量比例一般≤5%,故不考慮總足跡受生態(tài)用水足跡的影響,將水資源賬戶總體細分成生活、工業(yè)和農業(yè)用水足跡。根據(jù)2019年統(tǒng)計數(shù)據(jù)和有關公式,計算全省水資源生產力為2052.7m3·/hm2,水資源產量因子為0.600,在全國范圍內均處于較低水平[13-14]。

2 結果與分析

2.1 水生態(tài)盈虧與用水效率時間變化

1)2008—2020年全省水資源賬戶。2008—2020年水生態(tài)赤字變化如圖1所示。

圖1 2008—2020年水生態(tài)赤字變化

由圖1可知,2008—2020年研究區(qū)水生態(tài)足跡表現(xiàn)出先減小后增加再減小的變化趨勢,總體圍繞0.52hm2/人上下波動,變化比較穩(wěn)定;另外,水生態(tài)承載力與水生態(tài)足跡存在較大差異,研究期間呈明顯變化趨勢,說明研究區(qū)水資源短缺,水生態(tài)赤字變化主要受水生態(tài)承載力控制;除2018年水生態(tài)足跡低于水生態(tài)承載力呈生態(tài)盈余外,其它時段均呈現(xiàn)生態(tài)赤字,表明遼寧省水資源供給不足以支撐生產生活水資源消費,為滿足區(qū)域水資源利用需要更大的生態(tài)空間。

2008—2020年水生態(tài)足跡占比構成如圖2所示。

圖2 2008—2020年水生態(tài)足跡占比構成

從圖2可以看出,2008—2020年遼寧省農業(yè)用水賬戶占水生態(tài)足跡均處于60%以上,說明農田灌溉是用水大戶,2015—2018年農業(yè)用水足跡占比逐漸下降,這主要與2015年全省加快推進節(jié)水灌溉有關;工業(yè)用水生態(tài)足跡下降與近年來研究區(qū)工業(yè)用水消費減少有關,上火用水足跡相對較小但表現(xiàn)出明顯上升態(tài)勢,這是由于居民生活水平逐漸提升以及人口規(guī)模不斷擴大所導致的。

區(qū)域水資源擁有量在一定程度上決定了水生態(tài)承載力,而降水量又顯著影響著水資源量,有必要應用E-views軟件分析降水量與水生態(tài)承載力間的相關性。結果表明,兩者存在正相關關系,并達到顯著水平,說明降水等自然因素顯著影響著區(qū)域水生態(tài)承載力。

2)2008—2020年全省用水效率如圖3所示。

圖3 萬元GDP水生態(tài)足跡

由圖3可知,2008—2020年研究區(qū)萬元GDP水生態(tài)足跡表現(xiàn)出不斷減少趨勢,從2008年的0.48hm2/萬元逐年減少到2020年的0.11hm2/萬元,年均降幅達到6.42%,在提高工業(yè)重復用水率和用水效率、節(jié)水灌溉等方面取得顯著成效。

2.2 水生態(tài)盈虧與用水效率空間變化

1)2019年各市水資源賬戶。2019年各地市用水量和水資源總量如圖4所示。

圖4 2019年各地市用水量和水資源總量

結果表明從東到西區(qū)域水資源呈遞減分布特征,丹東市水資源最豐富,本溪市和大連市次之,盤錦、阜新和朝陽等遼西地區(qū)水資源量較少。從用水量上,由于沈陽市人口眾多屬東北第一大城市,其用水量最高,盤錦市與大連市次之,而處于經濟轉型期的阜新市和以旅游業(yè)為支柱產業(yè)的本溪市、葫蘆島市用水量較低。

核算分析2019年各地市水資源賬戶如圖5所示。

圖5 2019年各地市水生態(tài)赤字

結果表明呈水生態(tài)赤字的地市13個,全省存在嚴重的水生態(tài)赤字。具體而言,丹東市呈現(xiàn)水生態(tài)盈余,葫蘆島市水生態(tài)承載力與生態(tài)足跡相當接近平衡,最大水生態(tài)赤字出現(xiàn)在盤錦市。這是因為盤錦市分布有大范圍集中連片的水稻田,同時擁有豐富的油氣資源,高度發(fā)達的工農業(yè)使得各行業(yè)用水量較高,加之降水量較低使得當?shù)厮Y源非常短缺,所以該區(qū)域水生態(tài)足跡高于水生態(tài)承載力處于供需不平衡狀態(tài)。鐵嶺、本溪、撫順、丹東等東部地區(qū)的水生態(tài)承載力普遍較高,這是因為境內河流水系較多,具有豐富水資源;鞍山、盤錦、遼陽、沈陽等中西部地區(qū)的水資源短缺,同時工農業(yè)資源豐富、經濟發(fā)達、人口密集,相對其它地區(qū)具有明顯較高的水生態(tài)足跡。

2)2019年各市用水效率如圖6所示。

圖6 2019年各地市萬元GDP水生態(tài)足跡

從圖6可以看出,經濟發(fā)達的本溪、鞍山、沈陽和大連等地區(qū)具有較高的用水效率,而經濟欠發(fā)達的朝陽、阜新和葫蘆島市具有較低的用水效率,這是由于集約程度隨著經濟的增長而增加,使資源利用效率更高;農業(yè)高度發(fā)達的盤錦、遼陽、鐵嶺等地區(qū)用水效率偏低,農業(yè)用水占總水生態(tài)足跡的60%,由于灌溉技術水平較低、灌區(qū)普遍缺少管理等使得農業(yè)用水大量流失,用水效率偏低。雖然丹東市具有豐富的水資源,但其用水效率也較低,究其原因是丹東境內河網密布、河流眾多使得水資源存在浪費現(xiàn)象,節(jié)水意識薄弱使得用水效率進一步下降。

3 結 論

1)2008—2020年遼寧省水資源需求總體大于供給,大部分時段水資源賬戶均處于赤字狀態(tài),但自2017年呈逐年下降趨勢。萬元GDP水生態(tài)足跡表明,遼寧省用水效率不斷提高,通過加強水資源管理有效改善了水危機形勢。受自然環(huán)境、地理位置等因素影響,遼寧省水資源空間分布呈現(xiàn)出差異化特征,產業(yè)結構不同使得市域或區(qū)域水資源可持續(xù)利用也存在明顯差異。河流水系較多的東部地區(qū)水生態(tài)承載力較高,而工農業(yè)較發(fā)達、人口較多的中西部地區(qū)水生態(tài)足跡較高;經濟欠發(fā)達地區(qū)縣域低于經濟發(fā)達地區(qū)的用水效率,農業(yè)發(fā)達地區(qū)用水效率偏低。

2)為實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和科學管理,一方面增加水資源供給和水生態(tài)承載力,通過多渠道開源保證年際水量穩(wěn)定,將水資源利用與其它自然學科結合以降低水資源補給受自然因素的影響;另一方面,通過區(qū)域間調水輸水工程、節(jié)水灌溉工程等實現(xiàn)水資源優(yōu)化配制和農業(yè)用水量的嚴格控制,不斷完善大伙房輸水、東水西調等工程配套建設,保證中西部用水安全。對于農業(yè)發(fā)達地區(qū),應加大農業(yè)節(jié)水投入,結合水資源分布狀況優(yōu)化調整產業(yè)結構,充分發(fā)揮區(qū)位優(yōu)勢,在發(fā)展經濟的同時實現(xiàn)用水效率的提升和水資源可持續(xù)利用。