基于生态足迹模型的贵州省水资源可持续利用分析

吴全志, 苏喜军, 龙林玲

(1.华北水利水电大学，河南 郑州 450045； 2.北京工商大学，北京 100000)

EFI=N·efI=N·γw·(WI/pw),

I=i1+i2+i3。

EC=N·ec=ψ·γw·[(1-0.6)·Q/pw]。

ψ=v/vg。



基于生态足迹模型的贵州省水资源可持续利用分析

吴全志, 苏喜军, 龙林玲

(1.华北水利水电大学，河南 郑州 450045； 2.北京工商大学，北京 100000)

基于生态足迹理论，利用2000—2013年贵州省水资源数据，构建水资源生态足迹和水资源生态承载力模型，对贵州省水资源可持续利用进行评价。结果表明：贵州省水资源生态盈余，但盈余下行压力大；水资源生态承载力变化幅度大且受水资源总量的影响大；历年水资源人均生态足迹变化幅度小，保持在0.43 hm2/人左右；工业用水人均生态足迹上升幅度明显，2000—2011年间上浮137.5%，2011年后有所回落；生活和农业用水人均生态足迹变化幅度小，分别保持在0.06、0.12 hm2/人左右；万元GDP水资源生态足迹逐年下降，水资源利用效率有所提高。

水资源;生态足迹;生态承载力;贵州省

生态足迹是指为满足某一区域人们正常生产、生活，该地区所提供的资源和吸纳这一区域人们产生的废弃物所需的生物生产性土地面积或水域面积[1]。生态足迹一般分为6种，即水资源生态足迹、林地生态足迹、耕地生态足迹、牧地生态足迹、建设用地生态足迹和碳用地生态足迹。计算生态足迹时，将区域内人类对产品的消费转换成6种生物生产性的土地面积(包括水资源用地、林地、耕地、牧地、建设用地和碳足迹用地)，再与自然承载力相比较，对区域内生态的可持续发展进行评价。水资源生态足迹是6种生态足迹之一，用来评价一定区域内水资源利用的可持续性。

随着人们对水资源关注度的不断提高，我国学者开始研究水资源生态足迹。从整体角度上：谭秀娟等[2]对1949—2007年中国水资源生态足迹进行了整体的评价和预测，指出我国人均水资源生态赤字逐渐扩大，并在未来4 a内维持扩大的态势；张军等[3]对黑河流域水资源生态足迹进行了动态分析，指出黑河流域生态承载力受降水量的影响大，开发潜力小。从省域角度上：张义等[4]对水资源生态足迹模型进行了改进，指出广西省水资源处于严重不安全状态；王文国等[5]利用水资源生态足迹模型，从时空的层面上分析了四川省水资源的可持续利用状况，指出四川省水资源生态盈余，可持续利用状况较好。从市域角度上：王俭等[6]利用生态足迹模型分析了沈阳市水资源可持续利用状况，指出沈阳市水资源赤字扩大，水资源处于不可持续状态；刘子刚等[7]分析了湖州市水资源可持续状况，指出水资源生态盈余，但波动较大。目前，水资源生态足迹的研究主要集中在中东部地区，对于广大的中国西部地区，特别是亚热带海拔较高的西南地区研究较少。

贵州省近几年发展迅速，2015年GDP增速全国第三，经济的快速发展对水资源的可持续利用提出了更高的要求，水资源成为制约其经济发展的瓶颈之一。笔者利用2000—2013年贵州省水资源的数据，构建了含3个子账户(农业用水账户、工业用水账户、生活用水账户)的水资源生态足迹和水资源生态承载力模型并进行计算和分析，为贵州省有关部门更精确地研究、制定水资源可持续开发政策提供决策参考。

1 研究区概况

贵州省地处我国云贵高原，境内多山地、丘陵，西部海拔较高，东部海拔较低，也是我国喀斯特地貌分布最广泛的地区。外部东抵湖南、西抵云南、南连广西、北接四川和重庆。内部辖6个地级市、3个少数民族自治州、2个直管县，全省2000—2013年常住人口(3 400～3 900)万人，土地面积176 167 km2。

从降水量上看：贵州省降水丰富，且多集中在夏季，2000—2013年年平均降水量为1 143 mm，降水量在各行政区划中分布比较均匀。按人均计算，贵州省水资源人均占有量为2 592 m3，而我国水资源人均占有量为2 300 m3，超出全国水资源人均占有量292 m3。

从蓄水量上看：截至2014年，在全省大中型水库中，长江流域有大型水库16座，中型水库58座；珠江流域有大型水库6座，中型水库28座。两流域大型水库年末蓄水量137.00亿m3，中型水库年末蓄水量81.83亿m3。

2 研究方法

2.1 水资源生态足迹模型的构建

在Wackernagel水资源生态足迹模型的基础上，将贵州省水资源账户设置为工业用水足迹、农业用水足迹、生活用水足迹3个水资源子账户。在水资源账户分类时，许多学者会考虑生态用水，但在贵州省生态用水量仅占年平均总用水量的0.56%(生态用水有统计数据以来)，对水资源生态足迹的影响微乎其微，故未将其单独分类。贵州省水资源生态足迹计算模型可表示为[8]：

EFI=N·efI=N·γw·(WI/pw),

(1)

I=i1+i2+i3。

式中：EFI为区域水资源总生态足迹，hm2；N为区域内人口数量；efI为区域内水资源人均生态足迹，hm2/人；γw为水资源全球均衡因子；WI为人均消耗的水资源总量，m3/人；pw为水资源全球平均生产能力，m3/hm2；i1、i2、i3分别为农业用水足迹账户、工业用水足迹账户、生活用水足迹账户。

3个子账户的公式集可表示为：

(2)

式中：EFi1、EFi2、EFi3分别为区域内农业用水、工业用水、生活用水的生态足迹，hm2；efi1、efi2、efi3分别为区域内农业用水、工业用水、生活用水的人均生态足迹，hm2/人；Wi1、Wi2、Wi3分别为人均农业用水量、人均工业用水量、人均生活用水量，m3/人。

2.2 水资源承载力模型的构建

水资源承载力在生态足迹模型中可被定义为：某一时段某一区域内，在维持该区域生态系统和经济系统良性发展的前提下，水资源能够提供的最大生态服务能力[9]。水资源生态承载力计算模型可表示为：

EC=N·ec=ψ·γw·[(1-0.6)·Q/pw]。

(3)

式中：EC为区域内水资源承载力，hm2；N为区域内人口数；ec为区域内水资源人均承载力，hm2/人；ψ为水资源产量因子；Q为区域内水资源总量，m3。在计算水资源承载力时，需要扣除60%的水资源量，用于维持该区域生态系统的良性发展[10]。

2.3 相关参数的确定

2.3.1 水资源全球均衡因子

生产性土地的种类不同，单位面积的生产力是不一样的，无法将它们进行比较。因此，需要计算水资源全球均衡因子，将其作为权重，则水资源土地面积可以与其他类生物生产性土地面积进行比较和转化。为了能够进行比较，本文选取研究者采用较多的由世界自然基金会2002年核算的全球水资源均衡因子γw=5.19[11]。

2.3.2 水资源产量因子

即使是同类生产性土地，不同区域内水资源生产能力也是不相同的，水资源产量因子作为另一个权重因子，可以把不同地区水资源供给能力因素纳入计算系统中进行比较。水资源产量因子的计算公式为：

ψ=v/vg。

(4)

式中：v为该区域单位面积产水量，m3/hm2；vg为全球单位面积产水量，m3/hm2。

根据式(4)计算得出贵州省水资源产量因子ψ=1.72。

2.3.3 水资源全球平均生产能力

水资源全球平均生产能力是指全球每单位面积的生物生产性土地产生水的能力。在同一时段内，地表和地下水资源总量扣除二者重复计算量后与该区域面积的比值，为水资源全球平均生产能力。经计算，得出水资源全球平均生产能力pw=3 140 m3/hm2[12]。

2.4 数据来源

贵州省水资源总量、水资源用量(包括农业用水量、工业用水量、生活用水量)、水利基础设施数量来源于《2001—2014年贵州省水资源公报》，贵州省人口数和GDP来源于《2001—2014年贵州省统计年鉴》。

3 结果与分析

3.1 贵州省水资源生态承载力

贵州省2000—2013年水资源人均生态承载力与水资源人均生态足迹如图1所示。

图1贵州省历年水资源人均生态承载力、水资源人均生态足迹

由图1可知： 2011年贵州遭遇旱灾，水资源人均生态承载力偏离正常水平，降低到2.06 hm2/人；排除极端天气对水资源的影响，水资源人均生态承载力为2.39～3.89 hm2/人。人均生态承载力可分为3个阶段：2000—2005年为快速下降阶段，水资源人均生态承载力6 a间下降38.56%；2006—2008年为迅速拉升阶段，水资源人均生态承载力回升33.05%；2009—2013年为缓慢下降阶段，水资源人均生态承载力下降31.65%(排除2011年)，水资源人均生态承载力变动幅度大，而且有总体下降的趋势，且受水资源总量影响大，相关系数可达0.964。

3.2 贵州省水资源人均生态足迹

2000—2013年贵州省水资源人均生态足迹为0.21～0.26 hm2/人，最大值和最小值之差仅为0.05 hm2/人，说明贵州省水资源人均生态足迹总体平稳，波动幅度不大。

图2为2000—2013年贵州省水资源账户人均生态足迹。

图2 2000—2013年贵州省水资源账户人均生态足迹

从图2中可以看出，2000—2013年间农业用水人均生态足迹和生活用水人均生态足迹变化较小，总体持平；2011年受旱灾影响，农业用水和居民生活用水得不到保证，农业用水人均生态足迹和生活用水人均生态足迹都大幅度下降，说明气象、水文、植被等自然因素对农业用水生态足迹和生活用水生态足迹影响很大；而在2009—2010年国家全面调整水价，在水价上调的情况下，农业用水人均生态足迹基本平稳，生活用水人均生态足迹小幅上升，说明农业用水和生活用水存在刚需，受水价等经济因素影响较小。

工业用水人均生态足迹呈现上升势态，2000—2011年间上升137.5%，2011年曾一度接近农业用水人均生态足迹，2012年却又降到了0.12 hm2/人，2013年又有小幅回升，达到0.13 hm2/人。这是由于2009—2010年国家全面调整水价造成的，贵州省2010年上半年完成水价调整，在经过企业一段时间调整期后，根据贵州省统计局的数据，2012年工业用水效率大幅提高，工业、企业重复用水率比2011年提高26.7%，达到81.53亿m3。在2011年旱灾的情况下，工业用水人均生态足迹依然达到了最高值0.19 hm2/人，说明工业用水生态足迹对短期性自然因素的影响不敏感，而对水价等经济因素的影响比较敏感。

3.3 水资源人均生态盈余/赤字分析

水资源人均生态盈余/赤字是将水资源人均生态足迹和水资源人均承载力相比较得到的，用来评价一定地区水资源可持续利用的情况。贵州省水资源人均生态盈余/赤字情况如图3所示。

图3 贵州省水资源人均生态盈余和盈余趋势图

由图3可知：2000—2013年贵州省水资源人均生态足迹的供给都是大于需求的(水资源生态盈余)；贵州省水资源人均生态足迹波动幅度不大，总体平稳，且都小于水资源人均生态承载力，水资源人均生态盈余主要是由水资源人均承载力刻画；水资源人均生态盈余为2.01～3.54 hm2/人(排除2011年)，年均水资源生态盈余为2.60 hm2/人。这表明贵州省的水资源满足居民生活和社会经济发展的需要，水资源生态仍有满足发展需求的空间。但是，贵州省水资源人均生态盈余下行趋势压力较大，随着贵州省社会经济的发展，人们对水资源需求越来越大，特别是工业用水量和排污量逐年增加。工业用水人均生态足迹上升是水资源人均生态盈余下行的主要原因。

3.4 贵州省用水效益分析

评价贵州省用水效益，是利用万元GDP水资源生态足迹作为评价指标的。万元GDP水资源生态足迹是指一定区域内水资源生态足迹(EFI)与该区域内生产总值(GDP)的比值[13]。EFI/GDP的值越小，说明水资源利用效率越高；EFI/GDP的值越大，说明水资源利用效率越低。贵州省万元GDP水资源生态足迹如图4所示。

图4 贵州省万元GDP水资源生态足迹

由图4可以看出，贵州省EFI/GDP的值逐年降低，从2000年的1.35 hm2/万元，下降到2013年的0.19 hm2/万元，下降了85.93%。贵州省在水资源利用效率上取得了可喜的成绩，减少了水资源的不合理消耗，为生态环境的良性发展作出了贡献。

但笔者在能够查阅到的数据中，考虑年限、计算方法和均衡因子选取的一致性，将贵州省万元GDP水资源生态足迹和一些发达省份相比较(浙江省2013年0.034 hm2/万元[14]、辽宁省2012年0.091 8 hm2/万元[15]、广东省2011年0.133 6 hm2/万元[16])，贵州省在水资源利用效率上仍有一定的差距。

4 结论与讨论

1)贵州省2000—2013年水资源人均生态盈余，但水资源人均生态盈余逐渐缩小，从2000年的3.54 hm2/人下降到2013年的2.01 hm2/人。随着社会经济的不断发展，水资源利用量逐步提高，将会面临更大的水资源利用压力。水资源人均生态承载力受自然因素影响大，与水资源总量相关性高，水资源总量又受到水利工程蓄水能力的影响。2011年，旱灾造成水资源人均生态承载力大幅下降(比上年下降34.33%)，凸显出贵州省水利工程的匮乏，蓄水能力弱。

2)贵州省农业用水人均生态足迹常年保持在0.23 hm2/人，高于工业用水和生活用水人均生态足迹，农业用水占总用水量的50%以上；工业用水人均生态足迹逐年上升，从2000年的0.083 1 hm2/人到2013年的 0.127 5 hm2/人，增幅达到137.5%；生活用水人均生态足迹常年保持在0.067 hm2/人左右。可以看出，对贵州省水资源人均生态足迹带来上行压力的主要是农业用水生态足迹和工业用水生态足迹。

3)贵州省EFI/GDP的值逐年下降，说明水资源利用效率有一定提高。主要因为：①科技的进步减少了水资源消耗；②产业结构转型，高耗水的农业占GDP比重由2000年的27.2%下降到12.9%；但水资源利用效率与发达省份相比还有一定差距，利用效率仍有待提高。

4)根据以上分析，为了保证贵州省水资源的可持续利用，应采取如下措施：①严格控制总用水量，严把高耗水、低效益项目的准入关口；规范取水许可审批，不得随意取水，不得擅自改变用水计划。②重视水利设施的投入，提升区域控水能力，预防自然灾害，保障人民用水安全。③加强农业、工业节水设施的建设。在农业方面，积极发展高效节水灌溉和旱作节水农业；在工业方面，加大国家节水技术推广和技术标准贯彻执行力度。④提高用水效率，加强水资源费征收管理，提高节水意识，根据各地区水资源自然禀赋情况进行产业结构的调整，促进水资源的可持续利用。

[1]刘冬梅.可持续经济发展理论框架下的生态足迹研究[M].北京：中国环境科学出版社,2007：1-3.

[2]谭秀娟,郑钦玉.我国水资源生态足迹分析与预测[J].生态学报,2009,29(7):3559-3568.

[3]张军,周冬梅,张仁陟.黑河流域2004—2010年水足迹和水资源承载力动态特征分析[J].中国沙漠,2012,32(6):1779-1785.

[4]张义,张合平,李丰生,等.基于改进模型的广西水资源生态足迹动态分析[J].资源科学,2013,35(8):4111-4124.

[5]王文国,龚久平,青鹏,等.重庆市水资源生态足迹与生态承载力分析[J].生态经济,2011(7):159-162.

[6]王俭,张朝星,于英谭,等.城市水资源生态足迹核算模型及应用：以沈阳市为例[J].应用生态学报,2012,23(8):2257-2262.

[7]刘子刚,郑瑜.基于生态足迹法的区域水生态承载力研究：以浙江省湖州市为例[J].资源科学,2011,33(6):1083-1088.

[8]黄林楠,张伟新,姜翠玲,等.水资源生态足迹计算方法[J].生态学报,2008,28(3):1279-1286.

[9]曹玉升,陈晓楠,张伟,等.云综合评判模型在区域水资源承载力评价中的应用[J].华北水利水电学院学报,2010,31(4):17-20.

[10]张岳.中国水资源与可持续发展[J].中国农村水利水电,1998(5):3-6.

[11]张芳,徐伟锋,李光明,等.上海市2003年生态足迹与生态承载力分析[J].同济大学学报：自然科学版,2006,34(1):80-84.

[12]董朝阳,伍磊,童亿勤.生态足迹视角下的宁波市水资源可持续利用评价[J].农业现代化研究,2014,35(3)：349-361.

[13]马素英,邓春芳,孙梅英.“三条红线”评价指标量化方法研究：万元工业增加值用水量和万元GDP用水量计算方法[J].河北水利,2014(9):19-20.

[14]赵春芳，董朝阳，伍磊,等.浙江省水资源生态足迹时空格局[J].水土保持通报,2016，36(1)：242-248.

[15]周悦,谢屹.基于生态足迹模型的辽宁省水资源可持续利用分析[J].生态学杂志,2014,33(11):3157-3163.

[16]徐珊,夏丽华,陈智斌,等.基于生态足迹法的广东省水资源可持续利用分析[J].南水北调与水利科技,2013，11(5):11-15.

(责任编辑：乔翠平)

Analysis of Sustainable Utilization of Water Resources in Guizhou Province Based on Ecological Footprint Model

WU Quanzhi1, SU Xijun1, LONG Linling2

(1.North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;2.Beijing Technology and Business University, Beijing 100000, China)

According to the basic theories of ecological footprint, the models of ecological footprint and ecological capacity of water resources were constructed utilizing the data of water resources from 2000 to 2013 to evaluate sustainable utilization of water resourcs in Guizhou Province. Results show： water resources in Guizhou Province belong to ecological surplus, but the downward pressure of ecological surplus is great; the change of ecological carrying capacity of water resources is large, and the ecological carrying capacity of water resources is influenced by the total amount of water resources; the per capita ecological footprint of water resources has changed little in the past years and keeps about 0.43 hm2/cap; the per capita ecological footprint of industrial water rises significantly, and rises by 137.5% from 2000 to 2011, but falls after 2011;the per capita ecological footprint of domestic and agricultural water has changed little, and which remains about 0.06 hm2/cap and 0.12 hm2/cap respectively; water resources ecological footprint per ten thousand yuan GDP declines, and the water use efficiency increases.

water resources; ecological footprint; ecological carrying capacity; Guizhou Province

2015-12-07

吴全志(1991—),男,贵州安顺人,硕士研究生,主要从事区域经济方面的研究。 E-mail：effortzhi@163.com。

苏喜军(1964—),男,河南南阳人,教授,硕导,主要从事区域经济方面的研究。E-mail：suxijun@ncwu.edu.cn。

10.3969/j.issn.1002-5634.2016.03.007

TV213.9

A

1002-5634(2016)03-0036-05