山西省水资源生态足迹动态分析

郭汉清，张治国，董晓辉，李有华，张勇

(1.山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801；2.山西省水土保持科学研究所，山西 太原 030013)



山西省水资源生态足迹动态分析

郭汉清1，张治国2*，董晓辉2，李有华2，张勇2

(1.山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801；2.山西省水土保持科学研究所，山西 太原 030013)

利用水资源生态足迹模型分析了山西省2003-2012年水资源生态足迹动态,以明确其水资源可持续利用状况。结果显示：山西省人均水资源生态足迹总体呈现缓慢增长趋势，人均生态承载力变化基本平稳，水资源一直处于赤字状态；研究期间的万元GDP水资源生态足迹总体呈下降态势；水资源生态压力指数均大于1，表明了该区的水资源利用处于不安全状态。因此，山西省有必要采取一些有效措施调整产业结构，提高用水效率，改变水资源利用状况。

山西省；水资源；生态足迹

水资源作为一种重要的自然资源，对国民经济和社会发展具有不可替代的作用[1,2]。近年来，从生态足迹理论出发，评价水资源动态和可持续利用状况受到很多学者的关注[3～6]。生态足迹理论由加拿大William Rees教授于1992年提出[7]，随后，其学生Wackcrnagcl博士对生态足迹理论进行了完善和运用[8,9]。它是度量人类对自然资源利用程度以及自然所能提供的生态支撑能力的方法，也是测度生态可持续发展的定量方法之一[10]。

山西省矿产资源丰富，特别是煤炭、天然气等矿产资源具有重要的开采价值，是山西省乃至全国能源重点开发和建设的区域，但是区内水资源总量少、利用不太合理、水污染日趋严重、地下水超采严重等问题致使水资源供需矛盾突出。因此，本文分析了该地区2003—2012年的水资源生态足迹动态，旨在为该区水资源的可持续利用提供科学依据和决策支持。

1 研究区概况

山西省地处我国黄河中游的黄土高原地带，地理坐标为北纬34°36′～40°44′，东经110°15′～114°32′。全省总面积为15.6万km2，占全国总面积的1.6%。全省年降水量400～650 mm，但季节分布不均匀，6-8月降水高度集中且多暴雨，降水量约占全年的60%以上。全省降水受地形影响很大，山区较多，盆地较少。

山西省多年平均水资源量为142亿m3，河川径流量114亿m3，长期以来，山西省面临着水资源紧缺的严峻形势。人均水资源占有量仅占全国平均水平的1/5，远低于人均1 000 m3的严重缺水界限，耕地每公顷水资源占有量仅为全国平均水平的1/9。国民经济建设以开发利用地下水作为重要的水源。

2 研究方法

2.1 水资源生态足迹模型

水资源生态足迹理论是将一定区域内，一定的人口数量和社会经济条件下消费的水资源量按一定规则折算成相应的土地面积[11]，然后在不同地区间可以相互比较。其计算模型可用下式表示[11]：

EFW=N×efw=γw×W/Pw

式中：EFW为水资源生态足迹/hm2；γw为水资源均衡因子，取6.95[12]；N为总人口数；W为水资源用水总量/m3；efw为人均水资源生态足迹/hm2·人-1；Pw为全球水资源平均生产力[13]/m3·hm-2。其中，水资源生态足迹可分为生态用水足迹、生活用水足迹、生产用水足迹3个部分[14]。

2.2 水资源生态承载力计算模型

水资源生态承载力模型可表示为：

ECW=0.88×γw×φw×Qw/Pw

式中：ECW为水资源生态承载力/hm2；Qw为水资源总量/m3。0.88为扣除12%维持生态环境的水资源量[3]；φw取0.312[14]。

2.3 水资源可持续利用评价指标

评价指标包括：水资源生态赤字/生态盈余、万元GDP水资源生态足迹、水资源生态压力指数(EPIW)等，这些指标值的计算见参考文献[2]。

3 水资源生态足迹动态

3.1 各项用水生态足迹动态

根据水资源生态足迹计算模型计算山西省2003-2012 年水资源生态足迹，结果见表1。

分析可知，2003-2012年间，总的水资源生态足迹中，生产用水生态足迹占的比例最大，为82.89%～89.64%(图1)；生产用水生态足迹在总生态足迹中所占比例持续下降，且在2007年之后下降较快，这可能与山西省近10年来提高水资源利用效率方面的工作效果明显。生活用水生态足迹和生态用水生态足迹在10年间，虽有年际间小幅波动，但总体呈现持续缓慢增长趋势，且生态用水生态足迹随时间延长，增长趋势要略快于生活用水生态足迹。生活用水生态足迹持续上升以及其在总生态足迹中所占比例不断增加说明，随着人民生活水平的提高，对于水资源的使用量也越来越高；生态用水生态足迹占水资源生态足迹的比例为0.57%～4.63%，居于第三。其中在2007年之前缓慢上升，2007—2011年间上升速率最大。

表1 山西省 2003-2012 年人均水资源生态足迹与生态赤字/盈余变化/ hm2·人-1Table 1 Variations of annual ecological footprint and ecological surplus / deficit of per capita water resources in Shanxi from 2003 to 2012/ hm2·人-1

图1 各项用水生态足迹所占比例 Fig.1 The proportion of three kinds of water ecological footprint

从图2可以看出：2009年及之前各年，山西省水资源生态足迹小于0.40 hm2·人-1，且年际间变化较小，但在2010年之后的连续三年，人均水资源生态足迹均超过0.40 hm2·人-1，且2010年较2009年增长了11.76%，2011年较2010年增长了12.56%，增幅较大。

研究期间(2003-2012年)水资源生态足迹处于轻度赤字状态，表明山西省水资源利用存在问题。与此同时，生态承载力变化基本平稳。随着大自然对山西省水资源满足的能力越来越小，则社会经济发展和生态保护的压力就会越来越大，生态赤字的持续增长也说明山西省必需通过其他手段如引水、蓄水、调水甚至加大对地下水开采强度来满足对水资源的需求。

图2 2003-2012年人均水资源生态足迹—承载力变化Fig.2 Variation of ecological footprint and ecological carrying capacity of per capita water resources from 2003 to 2012

3.2 万元GDP水资源生态足迹动态

由图3可以看出，在2003-2012年间，山西省万元GDP水资源生态足迹(hm2·万元-1)逐年下降，并且在 2003-2008年期间下降速率较快；2009年之后仍然保持下降趋势，但速度放缓，至2012年，降至0.134 1 hm2，年均减少率为9.6%。造成这种变化可能是因为，在经济增长过程各产业采用了较为先进的技术，提高了水资源的利用效率。

3.3 山西省历年水资源生态压力指数分析

山西省2003-2012年水资源压力指数呈现双峰曲线(图4)，各年水资源压力指数均大于1，表明该区域水资源消费量大于供给量；EPIW增大，水资源的可持续利用将会更难实现。其中2003-2005年水资源压力指数增长非常快，由2003年的1.603 3很快增加到2005年的最高值2.750 9，也是近10年来的最大值。此后的2005年、2006年、2007年这3年水资源生态压力指数有所下降，但仍高于2003年；2008-2010年指数值有所上升，但增长速度低于2003-2005年期间的增长速度；2011年压力指数值较2010年有所下降，但2012就又回升到接近于2010年的压力水平。

与2003-2012年间的降雨量相比，水资源压力指数和同期的降雨量有很大关系，二者基本呈现负相关的线性关系，其线性关系为：

Y=-153.11X+899.41(R2=0.654 0)。

图3 山西省2003-2012年万元 GDP 水资源生态足迹动态变化Fig.3 Variation of water resources ecological footprint per 104 Yuan GDP in Shanxi from 2003 to 2012

图4 山西省 2003-2012 年水资源生态压力指数变化Fig.4 Variation of water resources ecological pressure index in Shanxi from 2003 to 2012

4 结论与讨论

通过对山西省2003-2012年水资源生态足迹动态变化分析得出：

(1)2003-2012年间，山西省水资源生态足迹较高(0.363 4～0.457 1 hm2·人-1)，年际间变化较小。从2003-2012年间水资源生态足迹构成看，生产用水生态足迹占总的水资源生态足迹的比例最大，为82.89%～89.64%，生产用水生态足迹在总生态足迹中所占比例持续下降；在这10年间，生活用水足迹、生态用水足迹虽有年际间小幅波动，但总体呈现持续缓慢增长趋势，生态用水足迹在总水资源生态足迹中所占比例最小。

(2) 在研究期间，山西省水资源生态足迹处于轻度赤字状态，生态承载力变化基本平稳；研究期间万元 GDP 水资源生态足迹(hm2·万元-1)总体上呈下降态势，表明山西省在研究年间水资源利用效率得到了较为明显的提高；水资源压力指数呈现双峰曲线，各年水资源压力指数均大于1，表明该区域水资源供给量小于消费量，未能实现水资源的可持续利用。

通过分析得出：山西省2003-2012年间水资源生态足迹较高，水资源生态足迹处于赤字状态，所以需要根据山西省特点，大力发展旅游业和其他高新产业等低耗水产业，同时还需改变各行业的用水模式；加大对用水、污水排放的治理力度和审批制度，增强公民的环境保护意识；通过其他手段如引水、蓄水、调水甚至加大对地下水开采强度来满足对水资源的需求，并采取有效措施提高水资源利用效率。

另外，由于资料有限，本文未在水资源生态足迹模型中考虑水污染对水资源生态足迹的影响，若考虑水污染的影响，山西省水资源生态足迹的计算结果将更大，水资源生态赤字亦将变大。

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(编辑：马荣博)

Dynamic Analysis of Water Resources Ecological Footprint of Shanxi Province

Guo Hanqing1，Zhang Zhiguo2*，Dong Xiaohui2，Li Youhua2，Zhang Yong2

(1.CollegeofForestry,ShanxiAgriculturalUniversity，TaiguShanxi030801,China；2.ShanxiSoilandWaterConservationInstituteofScience，TaiyuanShanxi030013,China)

The water resources ecological footprint model was used to analyze water resources ecological footprint dynamic variations of Shanxi Province from 2003 to 2012，which can help characterize the sustainable utilization situation of water resources in this area.The results showed that: during the study period，the water resources ecological footprint per capita in Shanxi increased generally,and the water resources ecological carrying capacity per capita were stable.The water resources in recent 10 years were in an ecological deficit state.The water resources ecological footprint per 104yuan GDP decreased annually.The water ecological pressure index was more than 1,which indicated that the use of water resources in Shanxi was in an unsafe state.Therefore，in order to change the utilization of water resources,some effective measures should be used in Shanxi Province,such as readjusting industrial structure ,improving the water use efficiency.

Shanxi Province; Water resources; Ecological footprint

2015-01-25

2015-03-31

郭汉清(1972-)，男(汉)，山西保德人，讲师，博士研究生，研究方向：水文与水资源研究。

*通讯作者：张治国，高级工程师。Tel：0351-4387322 ;E-mail: sbszzg@sohu com

山西省水利科学技术项目(晋水财务[2013]303)

TV213

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1671-8151(2015)03-0306-05