基于生态足迹法的河南省水资源可持续利用分析

2020-07-09沈玉洁

水资源开发与管理 2020年6期

沈玉洁

(河南财经政法大学，河南郑州 450046)

水是生产活动最重要的物质基础，也是保证人类能够生存的基本条件。2017年《中国水资源公报》显示，全国水资源总量为28761.20亿m3，河南省水资源总量为423.06亿m3，仅占全国水资源总量的1.47%。随着我国经济的发展，人们的生产、生活对水资源需求量和消耗量逐渐增加，水资源短缺和污染问题日益显现[1]。在此背景下，基于生态足迹研究水资源可持续利用具有重要的现实意义。

国内外专家学者对生态足迹都有所研究。目前，国际对于生态足迹的概念引用相对较多的是认为，生态足迹是指能够持续地提供资源或消纳废物的、具有生物生产力的地域空间，它从具体的可计量的数据角度来研究自然资本消耗的空间测度问题。纵观生态足迹的发展历程，M.WACKERNAGEL等[2]于1997年首次提出生态足迹即生产一定人口所消费的资源和吸收这些人口消费生产的废弃物所需要的土地面积；MATHIS WACKERNAGEL等[3]将生态足迹的计算方法进行优化后使其在内涵上更加深刻；林鸿民[4]在WILLIAM所提出的生态足迹的基础上进行了论证；徐中民等[5]通过1999年的数据分析出我国平均生态赤字为 0.645hm2/人，数据分析显示许多省份都存在生态赤字；张海莹[6]指出生态足迹是用来分析人们拥有和消耗了多少自然资源；杨开忠等[7]系统介绍了生态足迹分析方法的理论框架以及计算方法；张志强等[8]对中国部分省份和地区的经济生态足迹进行了计算；王文国等[9]对四川省水生态足迹进行了测算；许国鈺[10]通过对贵阳市水生态足迹的核算，对贵阳市水资源脆弱性分别从时间、空间两个方面进行了评价，并提出了优化措施；王荣森等[11]对2010—2014年安徽省和江苏省两个省份的水资源生态足迹进行了对比分析计算；戴昌军等[12]引入水资源足迹指数、万元GDP水资源足迹等指标，对武汉市水资源持续利用状况进行了定量评价；张威等[13]运用水足迹的计算方法，对辽宁省水足迹进行了计算和评价，提出全面建设节水型社会。

在水资源短缺和大量浪费的双重威胁背景下，研究水资源生态足迹、关注水资源可持续发展和经济发展的质量可为保障生态安全提供事实依据。孙才志等[14]通过研究水生态足迹发现了水资源与经济发展之间的相关关系，弥补了前人研究的缺陷。基于以上研究，本文通过河南省水资源的宏观数据对生态足迹进行计算，数据源于2008—2018年《河南省水资源公报》《河南省统计年鉴》。关于河南省水资源开发利用情况和 GDP、人口等相关数据，首先对河南省11年水生态足迹和水生态承载力进行综合计算；然后分别从水生态盈余(赤字) 、万元GDP 水生态足迹、水生态压力指数和水资源可持续利用指数4个微观指标综合评价水资源可持续开发利用能力。

1 水资源生态足迹理论探究及参数确定

1.1 水资源生态足迹计算方式

加拿大生态经济学家W.E.Ree等[15]在1992年最早提出一种衡量人类对自然资源的利用量和自然界为人类提供的生命支持动力的方法；李利锋等[16]认为生态足迹是指在一定的技术条件下，特定人口消费的资源和吸纳这些人口产生的所有废弃物所需的土地面积和水资源量。综上水资源生态足迹是度量水资源可持续利用的重要指标。根据水资源使用的基本用途，将水资源生态足迹分为生态用水足迹、生活用水足迹和生产用水足迹。计算公式如下：

EFw=Nefw=NA=Nrw(W/Pw)

(1)

其中A=rwW/Pw

式中：EFw为水资源总生态足迹,hm2；N为人口数；efw与A为人均水资源生态足迹，hm2/ 人；rw为水资源的全球均衡因子，取5.19；W为消耗的水资源量,m3;Pw为水资源全球平均生产能力，取3140m3/hm2，河南省水资源产量因子取0.78[17]。

1.1.1 生活用水足迹

生活用水包括了整个地区的居民生活用水量。生活用水生态足迹计算公式如下：

EF1=Nef1=NA1=Nrw(W1/Pw)

(2)

1.1.2 生态用水足迹

生态用水主要是河道内、外用水，其中也包括城市环境用水、湿地补水等[18]，其计算公式如下：

EF2=Nef2=NA2=Nrw(W2/Pw)

(3)

1.1.3 生产用水足迹

生产用水主要包括了三大产业用水，即农、林、牧、渔业用水，还包括工业、建筑业、住宿及餐饮业和社会服务业等用水[19]，其计算公式如下：

EF3=Nef3=NA3=Nrw(W3/Pw)

(4)

1.2 水资源生态足迹评价指标

1.2.1 水资源承载力

根据生态足迹理论，水资源承载力与区域生态环境保护、经济社会发展等状况密切相关，李丹[20]认为水资源承载力是指水资源所能承载的相应生物生存面积；李允洁等[21]认为是在某一区域的具体发展时间段内，能反映该区域的水生态系统供给状况且能为经济、环境和社会发展提供最大的可持续利用能力。水资源承载力这一衡量指标，具有自然和社会双重属性，除了受地区降水量、地下水含量、气候等非人为因素的影响，还受人类各种活动的影响，如生产、生活、经济等各方面是否具有节约水资源的意识。水资源承载力计算公式为

EC=NG=0.4εrw(Q/Pw)

(5)

式中：EC为水资源承载力，hm2;N为人口数；G为人均水资源承载力，hm2/人；ε为区域水资源产量因子；Q为水资源总量，m3。

1.2.2 水资源生态赤字或盈余

水资源生态足迹将对水资源可持续利用的分析转化为可衡量的数据，即将同一个区域内水生态足迹与水资源生态承载力大小进行比较，所得结果的正负分别表示水资源生态盈余和水资源生态赤字。该指标被用来评价一个国家或地区的水资源可持续利用状况。其计算公式为

ED=EF-EC

(6)

若该地区的水资源生态足迹大于生态承载力，说明该区域的水资源处于生态盈余状态，表明该区域的水资源能够满足当地生产、生活的基本需要；若该地区的水资源生态足迹小于生态承载力，即ED为负值，表明该区域的水资源处于生态赤字状态，水资源严重匮乏，该区域的水资源已经不能满足本地区的需要，提高节水意识迫在眉睫。

1.2.3 水资源生态压力指数模型

贾绍凤等[22]指出水资源压力指数是用于衡量一个国家、地区水资源稀缺程度以及水资源安全程度的指标。将水资源的研究分为生态、生活、生产三类，与此对应，水资源压力指数分为生态水资源压力指数、生活水资源压力指数、生产水资源压力指数，使其可以进行实际的量化，即生态足迹与生态承载力的比值。根据其含义，定义水资源压力指数在 0～1之间时，该地区的水资源利用处于暂时安全状态；当水资源压力指数大于1时，则该地区水资源利用处于危险状态；当水资源压力指数等于1时，水资源利用处于平衡状态。

1.2.4 万元GDP水资源生态足迹

通过阅读大量水资源生态足迹文献发现，学者大多采用万元GDP作为衡量水资源可持续发展的一个指标，因此评价一个地区水资源可持续发展状况可以将万元GDP指标和水资源生态足迹结合得到一个综合衡量指标，定义为万元GDP水生态足迹。生态足迹与GDP的比值即为万元 GDP 水资源生态足迹，这一指标可以客观评价区域水资源的利用效率。由定义可知，该万元 GDP 水资源生态足迹的值越大，水资源利用效率越低；数值越大，说明水资源利用效率越高。

2 河南省水资源生态足迹

人均水资源生态足迹是指在生活、生态、生产等方面消耗的水资源总量与水资源全球均衡因子的乘积，并除以水资源全球平均生产能力，所得结果再与总人口相乘得到水资源生态足迹。由于水资源全球均衡因子和水资源全球平均生产能力在一定的时间点是固定不变的，所以人均水资源生态足迹只与消耗的水资源总量相关。人均用水量是指消耗的总水量与总人口的比值，其结果不仅与总耗水量相关，也与总人口相关。人均水资源量是指在一个地区内，一个时期按人口平均每个人占有的水资源量，其结果不仅与总人口相关，也与水资源总量相关。以下是人均水资源生态足迹、人均水资源生态承载力、人均水资源生态赤字、水资源压力指数、万元GDP水资源生态足迹的动态变化情况。

2.1 人均水资源生态足迹变化情况

依据《河南省水资源公报》的划分标准以及《河南省统计年鉴》数据，将水资源生态足迹分为生产用水、生活用水和生态用水，以下计算的生产用水包括农业用水、工业用水。河南省水资源生态足迹计算结果见表1。2007—2017年河南省人均水资源生态足迹呈现波动上升的趋势，2013年生态足迹最高，达到4.197 hm2/人；2007—2009年，从3.672hm2/人上升到4.046hm2/人，人均生活用水生态足迹也平稳上升，与人均水资源生态足迹总量变化趋势基本一致；2014年人均水资源生态足迹最小，这与生产用水量密切相关。2007—2009年人均生产用水生态足迹从3.007hm2/人上升到3.317hm2/人；2010年下降后，2011年开始逐渐上升，到2013年增加到3.509hm2/人，达到最大值；随后到2014年又降到2.963hm2/人，达到最小值；2015年上升后，2016年开始呈下降趋势，到2017年下降为2.986hm2/人。2007—2017年人均生态环境用水足迹从0.091hm2/人变化到0.340hm2/人，波动趋势较大，虽然生态用水足迹占总生态足迹的比重较小，但生态用水却是不可缺少的一部分，这种变化趋势仍应引起重视。人均生活用水生态足迹总体呈现波动上升的趋势，从2007年的0.574hm2/人上升到2011年的0.654hm2/人，随后降低到2012年的0.559hm2/人，又一直增加到2017年的0.691hm2/人，达到最大值。

表1 河南省2007—2017年人均水资源生态足迹单位：hm2/人

续表

注数据来源《河南统计年鉴2018》。

由图1可知，在水资源利用的整个过程中，人均生产用水比重较大，整体占人均水资源生态足迹的70%以上，人均生活用水占总比重的10%～20%左右，人均生态用水比重最低。从整体来看，2007—2017年生产用水、生活用水以及生态用水所占比例基本保持稳定，因此河南省生产用水在整个水资源的利用中所占比重最大。随着居民受教育程度的提高，节水意识也逐渐提高，这对河南省水资源的可持续利用起着重要作用。

图1 2007—2017年各人均用水生态足迹占总用水量生态足迹百分比

2.2 人均水资源生态承载力动态变化

由图2可知，2007—2009年，人均水资源生态承载力呈下降趋势；2009—2010年波动最大；最大值为2010年的0.293hm2/人；从2010年之后一直到2013年，一直呈下降趋势，于2013年达到最低，为0.117hm2/人；2013—2017年呈上升趋势，波动不大。

图2 2007—2017年河南省人均水资源生态承载力动态变化

由图3可知，河南省水资源生态承载力与降水量和水资源总量有关。2010年河南省降水量充沛，水资源总量最高，导致水资源人均生态承载力最大；2013年河南省降水量减少，水资源总量最低，人均生态承载力最小。因此水资源生态承载力与水资源总量和降水量的多少密切相关。

图3 2007—2017年河南省水资源生态承载力影响因素

2.3 人均水资源生态赤字动态变化

图4 人均水资源生态足迹与人均生态承载力对比

通过以上对水资源生态足迹及生态承载力的计算，对其指标进行系统化对比，可了解到水资源生态是处于盈余状态还是赤字状态，根据此指标就能对该地区的水资源使用情况进行客观评估与衡量[23]。生态足迹大于生态承载力就会产生赤字现象，表明水资源不可持续使用；反之则产生盈余现象，表明水资源可持续使用。由图4可知，河南省人均水资源生态足迹大于人均水资源生态承载力，水资源处于赤字状态。由图5可知，最大赤字是2013年的4.08hm2/人，水资源总量最少，为213.07亿m3；最小赤字是2007年的3.42hm2/人，水资源总量仅次于2010年，为465.18亿m3。数据分析表明河南省水资源出现不可持续现象和水资源总量相关，水资源供给量远远小于水资源使用量。

图5 2007—2017年河南省生态赤字

2.4 水资源压力指数分析

水资源压力指数变化情况见图6。由图6可知，生态水资源压力指数和生活水资源压力指数都在0～1之间，表明河南省水资源处于可持续利用状态；但生产水资源压力指数最大值出现大于1的状态，且具有很大的波动性，而且该指标远远高于其他两个指标，生产水资源压力指数最小值为0.475，最大值达到1.471，处于危险状态，表明河南省生产水资源处于不可持续利用状态，所以要节约生产用水，提高水利用率。

图6 2007—2017年河南省生产、生态、生活水资源压力指数

2.5 万元GDP水资源生态足迹分析

河南省万元GDP水资源生态足迹变化情况见图7。由图7可知，2007—2017年，河南省万元GDP水资源生态足迹呈现大幅度下降趋势；在2009—2010年下降速度最快，从1.971hm2/人下降到1.598hm2/人，共下降了0.373hm2/人；到2017年下降至0.862hm2/人。由上述定义可知，下降趋势表明河南省水资源状况有所好转，加强节水意识至关重要。

图7 2007—2017年河南省万元GDP水资源生态足迹变化情况

3 结论和建议

3.1 结论

通过对河南省水资源生态足迹进行计算，以及对水资源生态足迹各个衡量指标进行分析，可得出以下结论：

a. 2007—2017年河南省三大生态足迹指标中，人均生产用水生态足迹最大。河南省水资源的总量主要来自于降水，水资源相对短缺，生产用水所占比例较大，生活和生态用水量也逐年增加。由于全球气候变暖，降水量有所减少，水资源总量相应减小。同时，化肥、农药过度使用导致水资源严重污染，水资源短缺和严重污染成为影响河南省经济发展的突出问题。

b. 2013—2017年河南省人均水资源生态承载力不断增加，不但与原本的水资源总量相关，而且与每年的降水量有关。

c. 2007—2017年河南省人均水资源处于生态赤字状态，主要是由于河南省水资源供给与需求不平衡，生态赤字越大，说明越不平衡。