鞍山市水资源生态足迹核算模型及应用分析

汪小力

(海城市水利工程建设质量安全监督站，辽宁 海城 114200)



鞍山市水资源生态足迹核算模型及应用分析

汪小力

(海城市水利工程建设质量安全监督站，辽宁 海城 114200)

随着中国社会经济的飞速发展，工业化和城市化进程日益推进，水资源短缺已经成为制约城市前进的重要问题之一，为优化城市内部结构，合理配置城市水资源，应加大对水资源的分析与研究。在科学技术日新月异的时代背景下，水资源研究方法日益增多，极大程度上提升了水资源利用效率，水资源生态足迹核算模型作为其中典型代表不仅可直接、准确反映某个区域中生产经营活动对于水资源的影响，还可改善城市水资源的利用情况，实现水资源的良性循环。文章以鞍山市为例，重点探究水资源生态足迹核算模型与其应用方式。

生态足迹核算模型；鞍山市；生态环境；水资源

当前，中国正处于经济高速发展时期，城市需水量较大，受到水资源分布不均匀、使用不恰当等多种因素影响，水资源使用压力越来越大，提高水资源利用效率，缓解水资源使用压力已经成为政府部门必须重视的问题。为进一步提升水资源的利用效率，研究人员开始重视开发综合评价方式，具体有灰色系统计算理论、人工神经网络研究方式、综合模糊评价研究方式等，每种评价方式有自身独特的优点与应用范围，但依旧存在主观性与不准确性，为实现水资源的可循环利用，研究人员再次提出“水资源生态足迹核算模型”的概念，其主要是指任何城市或者区域的居民，在指定时间段内所消费或服务中产生的水资源用地面积，该种模型不仅会直接影响着水资源的分配，还可将水资源融入经济建设过程中，实现城市的可持续发展[1]。

1 鞍山市水资源概况

鞍山地处环渤海经济区腹地，是沈大黄金经济带的重要支点，是辽宁中部城市群与辽东半岛开放区的重要连接带。其境内有大小河流40余条。其中，较大的河流有辽河、浑河、太子河、大洋河、哨子河。前3条为过境河，后2条流源均在岫岩满族自治县境内。在鞍山境内河段长67.6km，其中海城段31.6km，台安段36km，平均河宽140m，流域面积3107km2。根据相关资料记载，2014年鞍山市城市居民生活用水约2.4×108m3，日人均生活用水仅0.14m3，说明城市用水量较少。

2 水资源的研究方法

本研究以鞍山市为例，通过建立水资源生态足迹模型，借助水资源账户、水资源用地类型等数据[2]，分析其2011—2015年水资源利用情况，具体分为以下几部分：

2.1 建立水资源区域生态盈亏利用模型

为衡量水资源的循环利用情况，生态足迹核算模型大多将水资源生态利用的盈余或者赤字作为评估标准，简单而言，是统筹水资源区域的生态承载力与水资源区域的生态足迹之间关系，建立以下模型：

EDw=EFw-ECw

(1)

模型中EDw>0时，代表水资源区域处于赤字状态，即水资源的供给小于水资源需求，供不应求，需要依靠其他渠道调水才能满足居民水资源要求，如果无法从其他渠道调水，则有可能选择牺牲生态环境，过度开挖水资源，导致区域中生态环境恶化；模型中EDM<0时，代表水资源区域处于盈余状态，即水资源的供给大于水资源需求，供大于求，说明水资源处于良好循环状态，有利于构建和谐的生态环境；模型中EDw=0时，说明水资源的供给处于临界状态，在实际研究过程中，应结合具体结果进行分析，建立水资源生态足迹模型与生态整体承载力的模型。

2.1.1 计算水资源生态足迹模型

水资源生态足迹的计算需要将区域中已使用的水资源总量通过公式转化成对应的水资源用地面积，进而达到均衡的状态，取得均衡值后，再与其他区域进行比较，计算公式为：

EFw=efw×N=aw×(W/V)

(2)

式中：EFw为水资源区域总生态足迹，hm2；efw为区域中人均的水资源生态足迹，hm2·人-1；N为区域中人口总量，万人；aw为区域中水资源世界的均衡因子；W为代表某个时间段中已使用的水资源总量，m3；V为水资源在世界范围内的生产能力，m3·hm-2。

其中aw将不同生物在既定的单位面积中的生产力，转变为在世界范围内都可以进行对比的生产面积，受到多种内外部因素的影响，该均衡因子数值会发生一定的变化，本研究为减少误差，直接将值定为5.19，其确定标准为WWF2002。

2.1.2 计算区域生态整体承载力

区域生态承载力主要是指在开发水资源的阶段，其能够满足区域需水量的可用水量，要求可用水量可维持区域中最大生产经营活动，根据相关研究资料可知，某区域最大水资源生态承载力必须要减去约60%的量，以保护区域中生态环境，具体的计算公式为：

ECw=ecw×N=(1-60%)×aw×r×(Q/V)

(3)

式中：ECw为水资源区域总生态的承载力，hm2；ecw为区域中人均的水资源生态承载力，hm2·人-1；N为区域中人口总量，万人；r为水资源的产量因子；Q为某个时间段中已使用的水资源总量，m3；V为水资源在世界范围内的生产能力，m3·hm-2。

其中r同种生物在既定的单位面积中的生产力，转变为在世界范围内都可以进行对比的生产面积，在计算过程中，数值可取1，为简化计算过程，提升计算结果的准确度和可靠度，可根据实际情况重新引入一个中间量V′， 该中间量代表水资源在区域中平均生产力，因此，鞍山市的水资源产量因子的计算公式为：

(4)

式中：r为全球范围内水资源的产量因子；r′为中国范围内水资源的产量因子；r″为中国水资源在全球范围中的产量因子；V为全球范围内水资源的生产力，m3·hm-2；V′为区域中水资源的生产力，m3·hm-2。

实际计算过程中，中国范围内水资源的产量因子数值也取1，其平均生产力的公式为：

(5)

式中：V为水资源的生产力，m3·hm-2；Q为某个时间段中已使用的水资源总量，m3；S为该计算区域的水资源面积，hm2。

2.2 建立用水效率模型

建立用水效率模型需要以生态足迹核算理论为基础，统筹区域中GDP指标与生态足迹，形成“万元GDP水资源区域生态足迹”这一全新的衡量指标，进而计算区域中水资源的使用效率，具体计算公式为：

(6)

2.3 研究数据

研究数据来源于辽宁省鞍山市水利局、政府门户网站与《中国统计年鉴》，根据以上公式，可计算出鞍山市当前在辽宁省内、国内水资源本身生产力仍有待提升，鞍山市面临着严峻的水资源短缺问题[3]。

3 水资源应用的研究结果

分析水资源生态足迹结果，主要从时间与空间两部分进行，进而得出不同时间段、区域鞍山市的水资源分布情况，并结合其水资源利用中存在的问题，重点提出针对性意见[4]。

3.1 鞍山市水资源利用的时间变化趋势

3.1.1 分析水资源账户

计算2011—2015年鞍山市水资源生态足迹可知，生态足迹数值一直呈现出缓慢上升的趋势，其数值约从0.8提升到1.6，变化较为平缓，但人均水资源生态承载力的变动较大，是3个数据中变化最大的。从研究结果来看，人均水资源生态承载力的变化，也会引起人均水资源生态赤字的变化，且近5a，鞍山市均处于水资源赤字状态，说明鞍山市在生产经营过程中，水资源处于供不应求的状态，可能需要从其他区域调水或者采取其他措施，才可满足水资源开发的需要，具体数据如图1所示：

图1 2011—2015年鞍山市水资源账户分析

同时，根据相关统计数据可知，当前，鞍山市农业生态用水的浪费现象严重，其生态足迹数值占据到总数值的一半以上，说明农业用水的需求量大，但随着节水农业、灌溉农业的广泛推进，农业用水效率也逐步提升。同时，中国已经开始意识到环境保护的重要性，将鞍山地区部分重工业工厂优化升级或者迁移出去，降低了工业水资源生态足迹数值，虽然生活用水的总量最小，但随着人口不断增多，生活用水的水资源生态足迹数值逐渐增大[5]。因此，为保护水资源，实现水资源的循环利用，政府部门应加大对水资源的宣传力度，要求城市居民在日常生活中节约用水，形成居民良好用水习惯。通过阶梯制水费缴纳制度，对其进行一定的控制。

3.1.2 水资源使用效率

水资源的使用效率评估标准主要为万元GDP水资源生态足迹，鞍山市2011—2015年使用效率逐渐提升，说明鞍山市近年来推行的节水农业、节水工业发挥了成效。同时，随着经济结构的优化升级，重工业产业面临着严峻的挑战，为实现区域中经济的持续发展，政府部门应指导重工业企业引进先进净水系统，进而循环利用水资源[6]。

3.2 鞍山市水资源利用的空间变化趋势

3.2.1 分析水资源账户

鞍山市区域内河流较多，水资源丰富，如哨子河，河段长171.85km，流域面积2155.03km2，其支流有牧牛河、石庙子河、青河、古洞河等河流。但受到多种内外部因素的影响，当前鞍山市的水资源使用仍处于赤字状态，说明该区域内水资源短缺问题严重。随着现代化经济的飞速发展，鞍山市开始推行节水农业，采取生态保护的方式，协调好经济与生态之间的关系，进一步提升水资源使用效率[7]。

3.2.2 水资源使用效率

为提升鞍山市水资源使用效率，研究人员可以从鞍山市不同区域的水资源生态承载力入手，拓宽城区供水渠道的同时，宣传对应的节水政策，加大城市基础设施的建设，完善下水道系统，提升水资源的利用效率[8]。

4 结 语

综上所述，随着我国水资源短缺问题的日益严重，政府机构已经逐步加强对城市水资源循环利用的研究力度，水资源生态足迹理论作为保护水资源的重要方式之一，不仅能够有效调控区域中水资源的分布，还可提高水资源的整体利用效率，本研究通过分析鞍山市2011—2015年城市水资源使用情况和水资源生态足迹，从整体的角度分析，鞍山市当前的水资源供给仍处于赤字状态，供不应求，且存在较为严重的水资源浪费和污染现象，极大程度上影响到水资源的循环利用，同时，水资源还受到自然环境、气候条件等多种因素的影响，其在鞍山市境内的分布不均匀，其中，鞍山市河流集中区域的经济发展更为迅速，特别是工业化进程快速，水资源使用压力大，即水资源的生态足迹高，反映出该地区本身的水资源利用效率低。因此，在实际生产生活过程中，应合理对水资源进行调配，在保护生态环境的前提上，满足不同工农业生产需求，进而优化城市水资源利用模式，促进城市持续健康发展。

[1]牛生海,葛贵.强化水资源管理 服务循环经济发展[J].水利规划与设计,2011(04):19-20，32.

[2]戚瑞,耿涌,朱庆华.基于水足迹理论的区域水资源利用评价[J].自然资源学报,2011(03):486-495.

[3]黄凯,王梓元,杨顺顺,等.水足迹的理论、核算方法及其应用进展[J].水利水电科技进展,2013(04):78-83.

[4]吴兆丹,赵敏,UpmanuLall,等.关于中国水足迹研究综述[J].中国人口.资源与环境,2013(11):73-80.

[5]常丹东，王礼先.水土保持对黄河年径流量影响研究[J].水利规划与设计， 2005(B04):37-42.

[6]田冰.河北省自然湿地生态需水量分析[J].水土保持应用技术，2007(02)：34-36.

[7]李学森.凌河流域水资源现状及保护措施[J].水土保持应用技术，2015(03)：36-37.

[8]金云杰.凌河流域人工湿地对水环境质量影响分析评价[J].水土保持应用技术，2015(05)：27-28.

Application and Analysis of Ecological Footprint Calculation Model of Water Resources in Anshan City

WANG Xiao-li

(Haicheng Rural Water Conservancy Project Construction Quality and Safety Supervision Station,Haicheng 114200,China)

With rapid development of the social economy, increasing industrialization and city urbanization in China, water resource shortage has become one of the important problems restricting a city's development, the analysis and research on water resources should be strengthened in order to optimize the internal structure of the city and rational allocation of water resources in the city. In the era of science and technology change rapidly, the method to research water resources is increasing day by day, which greatly improves the utilization efficiency for water resources, as a typical representative, the ecological footprint model of water resources not only can directly and accurately reflect the production and operation activity's impact on water resources, but also improve the water resources use in Anshan City to realize a virtuous cycle. Taking Anshan City as an example, this paper focuses on the calculation model and application of water resources ecological footprint.

ecological footprint calculation model; Anshan City; ecological environment; water resources

1007-7596(2017)03-0110-03

2017-02-26

汪小力(1984-)，女，辽宁鞍山人，工程师，研究方向为河道生态、涉河建筑物洪水影响、水利灌溉、水资源开发利用等。

TV213.9

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