基于生态足迹法的黑龙江省水资源可持续利用分析

王思聪，梁契宗，陈思元，聂堂哲，刘 武

(1.哈尔滨市磨盘山水库管理处，哈尔滨 150001；2.黑龙江大学 水利电力学院，哈尔滨 150080；3.黑龙江省水文水资源中心，哈尔滨 150001)

0 引 言

黑龙江省是我国位置最北和纬度最高的省份，由大兴安岭、小兴安岭、东南部山地和松嫩平原、三江平原构成最基本的地形轮廓[1]。近年来，随着经济发展以及城市化进程加快，部分地区开始出现水资源短缺等水安全问题，严重影响了区域水资源可持续利用[2]。生态足迹法是由Rees和Wackernagel在1996年提出并完善的一种可持续发展的评价方法，它从一个全新的角度考虑人类及其发展与生态环境的关系[3]。此法具有资料相对容易获取、计算方法的可操作性和可重复性强、可进行横向和纵向对比等优点，从而广泛地应用于水资源可持续利用研究这一领域[4]。应用此法分析黑龙江省水资源可持续利用情况，为水资源合理配置及协调水资源利用与经济发展之间的关系提供参考[5]。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文的数据来源于2013—2017年的《黑龙江统计年鉴》[6]和《黑龙江省水资源公报》[7]。由文献[6]可查得黑龙江省及其13个地市的GDP，由文献[7]可查得黑龙江省及其13个地市的总用水量W、水资源总量Q和产水模数M。

1.2 研究方法

参考文献[8-12]，生态足迹法的计算过程如下。

1)水资源承载力ECw：一定时期内某区域水资源开发利用对该区域经济—社会—生态系统发展的支撑能力。计算公式为：

ECw=(1-12%)rwΨQ/Pw

(1)

式中，ECw为水资源承载力，104hm2；rw为水资源全球均衡因子，取值为5.19；Ψ为区域水资源产量因子，由黑龙江省及其13个地市的产水模数M与中国单位面积产水量(2.946×103m3/hm2)的比值，再除以中国的水资源产量因子(0.94)所得；Q为水资源总量，108m3；Pw为水资源全球平均生产能力，取值为3 140 m3/hm2。

2)水生态足迹EFw：在人类生产生活与维持自然生态发展的过程中，将消耗的水资源量转化为相应区域的水资源用地面积。计算公式为：

EFw=rwW/Pw

(2)

式中，EFw为水生态足迹，104hm2；W为总用水量，108m3。

3)万元GDP水生态足迹FI：区域水资源总生态足迹与区域国内生产总值的比值。FI数值越小，水资源利用效率越高，越可持续利用；FI数值越大，水资源利用效率越低，越不可持续利用。计算公式为：

FI=EFw/GDP

(3)

式中，FI为万元GDP水生态足迹，104hm2；GDP为国内生产总值，亿元。

4)水资源生态盈余/赤字Erd：将区域内水资源消耗产生的生态足迹和水资源承载力相比较，得出水资源生态盈余和水资源生态赤字，此指标可用来判断研究区域内水资源的可持续利用情况。当Erd>200×104hm2时，表明水资源生态盈余，水资源利用处于可持续利用状态；当0≤Erd≤200×104hm2时，表明水资源生态平衡，水资源利用处于临界状态；当Erd<0时，表明水资源生态赤字，水资源利用处于不可持续利用状态。计算公式为：

Erd=ECw-EFw

(4)

5)水资源生态压力指数EPIw：某地区水资源生态足迹与水资源承载力的比值，可衡量水资源生态安全性。当01.3时，表明区域水资源供给量小于消费量，水资源利用处于不可持续利用状态。计算公式为：

EPIw=EFw/ECw

(5)

6)水资源可持续指数SIw：一定时期某区域可持续供给的水资源总量满足该区域人类社会经济活动对水资源的需要程度，以此来评价区域水资源可持续发展利用程度。当0.6

SIw=ECw/(ECw+EFw)

(6)

2 结果与分析

2.1 水资源承载力

黑龙江省2013—2017年水资源承载力计算结果见表1和图1。

表1 黑龙江省水资源承载力 Table 1 Water resources carrying capacity in Heilongjiang Province 104 hm2

图1 黑龙江省水资源承载力Fig.1 Water resources carrying capacity in Heilongjiang Province

由表1和图1可见，2013—2017年黑龙江省水资源承载力ECw平均值为11 138.87×104hm2，由2013年的23 270.91×104hm2下降到2017年的6 391.72×104hm2，表明水资源承载力明显下降。大兴安岭地区水资源承载力最高，2013—2017年平均值为2 216.94×104hm2；七台河市水资源承载力最低，2013—2017年平均值为72.50×104hm2。

2.2 水生态足迹

黑龙江省2013—2017年水生态足迹计算结果见表2和图2。

表2 黑龙江省水生态足迹 Table 2 Water ecological footprint in Heilongjiang Province 104 hm2

图2 黑龙江省水生态足迹Fig.2 Water ecological footprint in Heilongjiang Province

由表2和图2可见，2013—2017年黑龙江省水生态足迹EFw平均值为5 893.39×104hm2，由2013年的5 912.30×104hm2变为2017年的5 835.44×104hm2，表明水生态足迹无明显变化。佳木斯市水生态足迹最高，2013—2017年平均值为1 258.46×104hm2；大兴安岭地区水生态足迹最低，2013—2017年平均值为5.09×104hm2。

2.3 万元GDP水生态足迹

黑龙江省2013—2017年万元GDP水生态足迹计算结果见表3和图3。

表3 黑龙江省万元GDP水生态足迹 Table 3 Water ecological footprint per ten thousand GDP in Heilongjiang Province 104 hm2

图3 黑龙江省万元GDP水生态足迹Fig.3 Water ecological footprint per ten thousand GDP in Heilongjiang Province

由表3和图3可见，2013—2017年黑龙江省万元GDP水生态足迹FI平均值为0.39×104hm2，由2013年的0.41×104hm2下降到2017年的0.37×104hm2，表明万元GDP水生态足迹缓慢下降。佳木斯市万元GDP水生态足迹最高，2013—2017年平均值为1.45×104hm2；大兴安岭地区万元GDP水生态足迹最低，2013—2017年平均值为0.04×104hm2。

2.4 水资源生态盈余/赤字

黑龙江省2013—2017年水资源生态盈余/赤字计算结果见表4和图4。

表4 黑龙江省水资源生态盈余/赤字 Table 4 Water resources ecological surplus/deficit in Heilongjiang Province 104 hm2

图4 黑龙江省水资源生态盈余/赤字Fig.4 Water resources ecological surplus/deficit in Heilongjiang Province

由表4和图4可见，2013—2017年黑龙江省水资源生态盈余/赤字Erd平均值为5 245.47×104hm2，水资源利用处于可持续利用状态。2013—2017年大兴安岭地区、伊春市、牡丹江市、黑河市、哈尔滨市、鹤岗市Erd平均值均为Erd>200×104hm2，水资源利用处于可持续利用状态；双鸭山市、七台河市、绥化市Erd平均值均为0≤Erd≤200×104hm2，水资源利用处于临界状态；鸡西市、大庆市、齐齐哈尔市、佳木斯市Erd平均值均为Erd<0，水资源利用处于不可持续利用状态。

2.5 水资源生态压力指数

黑龙江省2013—2017年水资源生态压力指数计算结果见表5和图5。

表5 黑龙江省水资源生态压力指数Table 5 Water resources ecological pressure index in Heilongjiang Province

图5 黑龙江省水资源生态压力指数Fig.5 Water resources ecological pressure index in Heilongjiang Province

由表5和图5可见，2013—2017年黑龙江省水资源生态压力指数EPIw平均值为0.65，水资源利用处于可持续利用状态。2013—2017年大兴安岭地区、伊春市、黑河市、牡丹江市、鹤岗市、哈尔滨市EPIw平均值均为01.3，水资源利用处于不可持续利用状态。

2.6 水资源可持续指数

黑龙江省2013—2017年水资源可持续指数计算结果见表6和图6。

表6 黑龙江省水资源可持续指数Table 6 Water resources sustainable index in Heilongjiang Province

图6 黑龙江省水资源可持续指数Fig.6 Water resources sustainable index in Heilongjiang Province

由表6和图6可见，2013—2017年黑龙江省水资源可持续指数SIw平均值为0.62，水资源利用处于可持续利用状态。2013—2017年大兴安岭地区、伊春市、黑河市、牡丹江市、鹤岗市、哈尔滨市SIw平均值均为0.6

3 结 论

2013—2017年黑龙江省水资源承载力明显下降，水生态足迹无明显变化，万元GDP水生态足迹缓慢下降，水资源利用处于可持续利用状态。由各地市2013—2017年的平均值可见，大兴安岭地区水资源承载力最高，七台河市水资源承载力最低；佳木斯市水生态足迹和万元GDP水生态足迹均为最高，大兴安岭地区水生态足迹和万元GDP水生态足迹均为最低；大兴安岭地区、伊春市、黑河市、牡丹江市、鹤岗市、哈尔滨市水资源利用处于可持续利用状态，七台河市、双鸭山市、绥化市水资源利用处于临界状态，鸡西市、佳木斯市、齐齐哈尔市、大庆市水资源利用处于不可持续利用状态。

目前黑龙江省水资源利用总体情况较好，但存在地表水资源开发程度偏低，且水资源地区分布与其人口、经济等社会条件不相匹配等问题。特别是经济发展较高的地区其水资源状况较差，而水资源条件优越的地区其经济发展状况则较为落后。针对这些问题，在基于本文的基础上建立相关的数学模型，分析水资源与黑龙江省经济发展的关联程度，研究在经济不断提高的背景下，如何对黑龙江省水资源进行合理配置，从而更好地促进黑龙江省水资源可持续利用。