欒 城

(北票市水務(wù)事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 北票 122100)

水資源是關(guān)乎國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)性資源,加強(qiáng)水生態(tài)保護(hù)實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展已迫在眉睫,所以計(jì)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(guò)測(cè)算生物生產(chǎn)性土地面積定量分析區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)以及資源利用程度,可以直觀地比較和測(cè)量自然生態(tài)系統(tǒng)承載力之間的差距及人類經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的需求[1]。目前,我國(guó)許多學(xué)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(yùn)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(guó)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(píng)價(jià)法和水生態(tài)足跡分析2000—2017年城市水資源數(shù)據(jù),結(jié)果顯示節(jié)水工作有利于促進(jìn)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(cè)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(jī)SVR預(yù)測(cè)了2014—2016年上海市水生態(tài)足跡;譚秀娟等應(yīng)用水生態(tài)承載力和水生態(tài)足跡模型客觀評(píng)價(jià)了我國(guó)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(shì);朱高立等綜合利用灰色預(yù)測(cè)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(jié)合相關(guān)研究成果,從時(shí)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(gè)地級(jí)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(shí)質(zhì)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(guān)系,其表達(dá)式為[9]:

EDw=EFw-ECw

(1)

式中:EDw>0為水生態(tài)赤字,說(shuō)明水資源供給不足以支撐各行業(yè)消費(fèi),為維持社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要犧牲生態(tài)環(huán)境或區(qū)域外調(diào)水補(bǔ)給;EDw<0代表水生態(tài)盈余,說(shuō)明現(xiàn)有水資源能夠支撐進(jìn)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(jì)算結(jié)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(guò)均衡化處理獲取適用于不同地區(qū)相互比較的均衡值,計(jì)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算水資源世界均衡因子aw難度較大,故均衡因子計(jì)算值直接利用黃林楠等[10]核算結(jié)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(chǎn)量因子和研究期間水資源總量,m3。實(shí)際計(jì)算時(shí)r取1,產(chǎn)量因子就等于該地區(qū)與世界平均生產(chǎn)能力之比。為保證計(jì)算精度并簡(jiǎn)化運(yùn)算流程,我國(guó)平均水資源承載力用中間量V′來(lái)表征,依據(jù)遼寧省在中國(guó)的水資源產(chǎn)量因子確定其在世界范圍的產(chǎn)量因子,計(jì)算公式為:

r=V′/V=r′·r″

(4)

式中:r′、r″為研究區(qū)在中國(guó)范圍內(nèi)和中國(guó)在世界上的水資源產(chǎn)量因子,在r′計(jì)算過(guò)程中設(shè)定全國(guó)產(chǎn)量因子為1;V′、V為研究區(qū)和世界的水資源生產(chǎn)力,m3·hm-2,采用下式計(jì)算水資源生產(chǎn)力:

V=Q/S

(5)

式中:Q、S為研究期間計(jì)算區(qū)域的水資源總量,m3/hm2。

1.2 用水效率計(jì)算方法

為計(jì)算分析區(qū)域水資源利用效率,將反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值與水生態(tài)足跡相結(jié)合引入萬(wàn)元GDP水生態(tài)足跡EFw′指標(biāo)[11-12],計(jì)算公式為:

(6)

式中:EFw′為指標(biāo)值越大表示萬(wàn)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(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于2008—2020年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒、遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒以及水資源公報(bào)等,由于部分生態(tài)用水?dāng)?shù)據(jù)缺失,在計(jì)算時(shí)段內(nèi)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(xì)分成生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水足跡。根據(jù)2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和有關(guān)公式,計(jì)算全省水資源生產(chǎn)力為2052.7m3·/hm2,水資源產(chǎn)量因子為0.600,在全國(guó)范圍內(nèi)均處于較低水平[13-14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水生態(tài)盈虧與用水效率時(shí)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(shì),總體圍繞0.52hm2/人上下波動(dòng),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(shì),說(shuō)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(shí)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(chǎn)生活水資源消費(fèi),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(gòu)成如圖2所示。

圖2 2008—2020年水生態(tài)足跡占比構(gòu)成

從圖2可以看出,2008—2020年遼寧省農(nóng)業(yè)用水賬戶占水生態(tài)足跡均處于60%以上,說(shuō)明農(nóng)田灌溉是用水大戶,2015—2018年農(nóng)業(yè)用水足跡占比逐漸下降,這主要與2015年全省加快推進(jìn)節(jié)水灌溉有關(guān);工業(yè)用水生態(tài)足跡下降與近年來(lái)研究區(qū)工業(yè)用水消費(fèi)減少有關(guān),上火用水足跡相對(duì)較小但表現(xiàn)出明顯上升態(tài)勢(shì),這是由于居民生活水平逐漸提升以及人口規(guī)模不斷擴(kuò)大所導(dǎo)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(yīng)用E-views軟件分析降水量與水生態(tài)承載力間的相關(guān)性。結(jié)果表明,兩者存在正相關(guān)關(guān)系,并達(dá)到顯著水平,說(shuō)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(wàn)元GDP水生態(tài)足跡

由圖3可知,2008—2020年研究區(qū)萬(wàn)元GDP水生態(tài)足跡表現(xiàn)出不斷減少趨勢(shì),從2008年的0.48hm2/萬(wàn)元逐年減少到2020年的0.11hm2/萬(wàn)元,年均降幅達(dá)到6.42%,在提高工業(yè)重復(fù)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(jié)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(yáng)等遼西地區(qū)水資源量較少。從用水量上,由于沈陽(yáng)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(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期的阜新市和以旅游業(yè)為支柱產(chǎn)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(jié)果表明呈水生態(tài)赤字的地市13個(gè),全省存在嚴(yán)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(dāng)接近平衡,最大水生態(tài)赤字出現(xiàn)在盤錦市。這是因?yàn)楸P錦市分布有大范圍集中連片的水稻田,同時(shí)擁有豐富的油氣資源,高度發(fā)達(dá)的工農(nóng)業(yè)使得各行業(yè)用水量較高,加之降水量較低使得當(dāng)?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?yàn)榫硟?nèi)河流水系較多,具有豐富水資源;鞍山、盤錦、遼陽(yáng)、沈陽(yáng)等中西部地區(qū)的水資源短缺,同時(shí)工農(nóng)業(yè)資源豐富、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集,相對(duì)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(wàn)元GDP水生態(tài)足跡

從圖6可以看出,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的本溪、鞍山、沈陽(yáng)和大連等地區(qū)具有較高的用水效率,而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的朝陽(yáng)、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(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而增加,使資源利用效率更高;農(nóng)業(yè)高度發(fā)達(dá)的盤錦、遼陽(yáng)、鐵嶺等地區(qū)用水效率偏低,農(nóng)業(yè)用水占總水生態(tài)足跡的60%,由于灌溉技術(shù)水平較低、灌區(qū)普遍缺少管理等使得農(nóng)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(nèi)河網(wǎng)密布、河流眾多使得水資源存在浪費(fèi)現(xiàn)象,節(jié)水意識(shí)薄弱使得用水效率進(jìn)一步下降。

3 結(jié) 論

1)2008—2020年遼寧省水資源需求總體大于供給,大部分時(shí)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(shì)。萬(wàn)元GDP水生態(tài)足跡表明,遼寧省用水效率不斷提高,通過(guò)加強(qiáng)水資源管理有效改善了水危機(jī)形勢(shì)。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(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)、人口較多的中西部地區(qū)水生態(tài)足跡較高;經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)縣域低于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的用水效率,農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)用水效率偏低。

2)為實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和科學(xué)管理,一方面增加水資源供給和水生態(tài)承載力,通過(guò)多渠道開(kāi)源保證年際水量穩(wěn)定,將水資源利用與其它自然學(xué)科結(jié)合以降低水資源補(bǔ)給受自然因素的影響;另一方面,通過(guò)區(qū)域間調(diào)水輸水工程、節(jié)水灌溉工程等實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配制和農(nóng)業(yè)用水量的嚴(yán)格控制,不斷完善大伙房輸水、東水西調(diào)等工程配套建設(shè),保證中西部用水安全。對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū),應(yīng)加大農(nóng)業(yè)節(jié)水投入,結(jié)合水資源分布狀況優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮區(qū)位優(yōu)勢(shì),在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)用水效率的提升和水資源可持續(xù)利用。