基于水资源生态足迹的黄河流域水资源利用评价

路瑞 赵琰鑫

摘 要：基于水生态足迹理论和Tapio弹性分析法，建立了区域水生态承载力评估模型和水资源生态足迹与经济发展的协调程度评估模型，对2004—2017年黄河流域水资源生态足迹、水生态承载力以及水资源生态足迹与社会经济发展协调性的时空分异特征进行了分析，结果表明：①流域水资源生态足迹呈波动升高趋势，水资源生态足迹显著超过水生态承载力上限的状况尚未扭转，水资源生态足迹与经济发展协调关系由弱脱钩向强脱钩转变;②流域不同省（区）水生态承载力和水资源生态足迹与经济发展协调关系差別明显，上游青、川水资源生态盈余较大，但中下游各省（区）水资源生态足迹普遍大于水生态承载力，甘、川、青、鲁等省水资源生态足迹和经济社会发展关系已实现强脱钩的中级协调状态，蒙、宁、豫、陕、晋等省（区）水资源生态足迹与经济发展协调性依然较差。

关键词：水资源生态足迹;水生态承载力;脱钩理论;Tapio弹性分析法;黄河流域

中图分类号：TV213.9;TV882.1   文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.11.010

Abstract：In order to study the water resources ecological footprint of the Yellow River basin， based on the water ecological footprint theory and the Tapio elastic method， this paper developed the water ecological carrying capacity evaluation model and the water resources ecological footprint and economic development decoupling evaluation model. The models were used to analyze the spatial-temporal characteristics of the ecological footprint of water resources utilization in the Yellow River basin from 2004 to 2017. The results show that： a） the water ecological footprint of the Yellow River basin shows an increasing trend of fluctuation， which also significantly exceeds the limit of water ecological carrying capacity. The coordination relationship between water ecological footprint and economic development is undergoing from weak decoupling to strong decoupling. b）The water ecological carrying capacity conditions and the coordination relationships between water ecological footprint and economic development are quite different among provinces. The provinces in the upper reaches， such as Sichuan and Qinghai， have water ecological surplus， while the provinces in the middle and lower reaches have significant water ecological deficits， which means the water ecological footprint exceeding the water ecological carrying capacity. The coordination relationships between water ecological footprint and economic development of Gansu， Sichuan， Qinghai， and Shandong are strong decoupling， while the coordination relationships for the other provinces are weak decoupling.

Key words： water ecological footprint; water ecological carrying capacity; decoupling theory; Tapio elastic analysis; Yellow River basin

生态足迹指支持一定区域内人口生产生活所需的生态性土地面积以及吸纳这些人口所产生的废弃物所需要的土地面积总和，其概念和方法由加拿大生态经济学者Rees于20世纪90年代提出，由Wackernagel等拓展完善后应用于不同空间尺度的自然资源资本账户定量评价，并由此衍生出水足迹、水资源生态足迹等概念[1-4]，其中：水足迹用于衡量人类消费的各类产品和服务所需的水资源量;水资源生态足迹可定义为满足区域人类社会生产、生活所需以及维持生态系统健康所需的全部水资源量的生态空间面积。因此，水资源生态足迹实际体现了水资源利用对生态空间的占用[5]。

从水资源管理的具体实践来看，水资源生态足迹已成为国际上开展生态足迹核算、水资源战略评价的重要方法依据[6-7]。国内学者通过对Wackernagel生态足迹模型的参数和算法补充完善，建立了适用于我国的水资源生态足迹计算方法[8-9]，并成功应用于城市[10]、省（区）[11-13]与流域[14-15]尺度的水资源开发利用评价以及水资源与经济发展协调性分析研究中[16-18]，但这些研究极少考虑同一流域内区域空间相关性和异质性等差别化特征[19]，针对大流域尺度的水资源生态足迹研究尚不多见。

黄河流域是我国缺水严重的流域之一，上下游水资源分布不均，社会经济发展程度差异大，水资源承载形势严峻。科学评价分析水资源利用状况，依据社会经济发展要求合理开发利用水资源，是实现流域可持续发展的基础。本文以黄河流域为研究对象，依据水生态足迹理论与方法，构建水生态承载力评估模型和水资源生态足迹与经济发展协调程度评估模型，基于黄河流域2004—2017年水文水资源与社会经济统计数据，分析流域水资源承载力状况以及水资源利用与经济增长的协调关系，以期为黄河流域生态保护和高质量发展提供科技支撑。

1 研究区概况

黄河是我国第二大河，干流全长5 464 km，多年平均天然径流量580亿m3，总流域面积79.5万km2。流域地势西高东低，高差悬殊，形成自西而东由高到低3级阶梯，涵盖青、川、甘、宁、蒙、陕、晋、豫、鲁9省（区）58个地市（州、盟）362个县（市、区、旗）[20]。1956—2000年，黄河流域年均径流量为535亿m3[21]（仅占全国的2%），人均水资源量仅有473 m3（约为全国人均水资源量的23%），水资源开发利用率高达80%，水资源短缺形势异常严峻。

2 研究方法

2.1 水生态承载力评估模型

2.1.1 水资源生态足迹模型

3 数据来源

选取黄河流域9省（区）2004—2017年截面数据，数据主要来源于《中国统计年鉴》《中国水资源公报》《黄河水资源公报》以及同期黄河流域9省（区）国民经济和社会发展统计公报与统计年鉴等。为避免历年GDP受价格因素的影响，以2004 年为基期，采用GDP 平减指数法换算成可比价格后核算GDP 年增长率。

4 黄河流域水资源利用协调程度变化趋势

4.1 水资源生态足迹变化趋势

根据式（1）核算2004—2017年黄河流域水资源生态足迹变化情况，结果见图1。可以看出：①黄河流域水资源生态足迹总体呈波动上升趋势，表明随着社会经济发展，流域水资源消耗量不斷增加。②黄河流域水资源生态足迹中，农业用水水资源生态足迹占比最大（67.5%～74.5%），其次为工业用水水资源生态足迹（14.2%～16.2%），再次为生活用水水资源生态足迹（9.9%～12.7%），生态环境用水水资源生态足迹占比最小（0.7%～5.5%）。③用水结构中，生态环境用水水资源生态足迹增速最快，由2004年的0.005亿hm2增至2017年的0.029亿hm2，反映出黄河流域对生态环境保护的重视程度迅速增长;生活用水水资源生态足迹呈持续增长趋势，从2004年的0.061亿hm2增至2017年0.082亿hm2;工业用水水资源生态足迹波动较大，总体呈先增加后缓慢减小的趋势，反映出黄河流域工业用水由粗放式增长逐步转向高效集约，用水效率逐步提高。④2004—2017年，黄河流域人均水资源生态足迹为0.69～0.74 hm2，呈先升后降趋势，与1997—2010年全国平均水平相当[27]。

4.2 水生态承载力变化趋势

2004—2017年黄河流域水资源生态足迹与水生态承载力变化情况见图2，同期水资源生态压力指数变化情况见图3。可以看出：①黄河流域水生态承载力显著小于水资源生态足迹，长期处于水资源生态赤字状态。②黄河流域水生态承载力波动较大。2008—2011年，流域水生态承载力明显增大，水资源生态足迹略有升高，水生态赤字波动较大;2013—2015年，流域水资源生态足迹总体稳定，但水生态承载力显著减小，水生态赤字明显增大，原因可能是这几年黄河流域为枯水年，水资源量较少，但生产生活用水需求依然较大，水资源供需矛盾突出;2015年以后，随着《水污染防治行动计划》实施，黄河流域水环境、水资源与水生态状况有较大改善，流域水生态承载力明显升高，水生态赤字显著下降。③2004—2017年黄河流域水资源生态压力指数为1.33～1.94，受水资源量年际变化影响波动较大，2015年达到峰值后，2016—2017年明显下降。总体来看，黄河流域水资源生态足迹超过承载能力上限的状况没有改变。

4.3 水资源生态足迹与经济发展协调程度变化趋势

黄河流域水资源生态足迹和经济发展的协调程度变化情况见表2。由表2可知：①黄河流域水资源生态足迹和GDP增长率波动较大，水资源生态足迹增长率均低于同期经济增长速度。2005—2017年，黄河流域水资源生态足迹与GDP增长经历了8次弱脱钩、4次强脱钩和1次强负脱钩。②2005—2011年，黄河流域GDP年均增速为20.3%，水资源生态足迹变化率为1.2%，同期水资源生态足迹与GDP增长弱脱钩年份出现6次，强脱钩仅有1次，表明流域社会经济发展对水资源依赖性较强，随着社会经济的发展水资源耗用量不断增大;2012—2017年，流域GDP平均增速为7.4%，水资源生态足迹变化率为-0.3%，水资源生态足迹与GDP增长出现强脱钩3次、弱脱钩2次，表明流域经济发展已经进入降速、提质、增效的爬坡“换档期”，流域水资源生态足迹与经济发展协调关系逐渐改善，但尚未达到最佳状态。

5 各省（区）水资源利用协调性空间差异分析

2017年黄河流域9省（区）现状水资源生态足迹、水生态承载力和水资源生态压力指数见图4。

5.1 水资源生态足迹空间差异分析

由图4可知：①不同省（区）水资源生态足迹差异悬殊，其中：内蒙古的最大（0.15亿hm2），其次为陕西的（0.11亿hm2），四川的最小（0.000 4亿hm2）。②各省（区）水资源生态足迹的主要来源是农业用水和工业用水，尤其河南、陕西、山西、内蒙古等省（区）属我国小麦、玉米、棉花和油料等高耗水作物种植区，也是煤炭、钢铁、建材、电力等高耗水工业产品的生产大省（区），工农业生产用水量大，水资源利用效率低，生态足迹显著高于流域平均水平，需进一步转变经济增长方式，强化落实各项节水措施。

5.2 水生态承载力空间差异分析

由图4可知：①不同省（区）水生态承载力差异悬殊，其中：青海水生态承载力最大（0.078亿hm2），宁夏水生态承载力最小（0.000 4亿hm2）。②流域上游的青海、四川水生态承载力大于水资源生态足迹，有较大的水资源盈余，水资源生态压力指数分别为0.64、0.01;中下游地区的各省（区）水资源生态足迹普遍大于水生态承载力，水生态已处于超载状态，水资源生态压力指数均大于2.0，特别是宁夏、内蒙古超载情况尤为严重，水资源生态压力指数分别为131.32、39.03。

5.3 水资源生态足迹与经济发展协调性空间差异

2017年黄河流域9省（区）水资源生态足迹与经济发展协调性评价结果见图5。由图5可知9省（区）经济发展与水资源生态足迹的协调性地区差异明显：内蒙古水资源生态足迹与经济发展关系处于强负脱钩状态，表明流域经济增速放缓的同时水资源消耗量依然不断增加，水资源生态足迹与经济发展协调关系处于最差状态;甘肃、四川、青海、山东水资源生态足迹和经济社会发展总体为强脱钩的中级协调状态，表明经济社会发展对水资源的依赖程度不断降低，可用较少的水资源量实现经济的最优增长，水资源生态足迹与经济发展关系总体协调;河南、宁夏、陕西和山西则呈现不同程度的弱脱钩不协调状态，表明经济社会发展对水资源依然有依赖，有待进一步提高水资源利用效率。

6 结 论

（1）2004—2017年，黄河流域水资源生态足迹总体呈波动上升趋势，其中农业用水水资源生态足迹占比最高、工业用水水资源生态足迹占比次之，生态用水水资源生态足迹占比增速最快。受水资源量年际变化等因素影响，流域水生态承载力波动较大，但均显著小于各年水资源生态足迹。流域水资源生态压力指数2015年达到峰值，之后逐年下降，水资源生态足迹超过水生态承载力上限的状况没有改变。流域水资源生态足迹与经济发展协调关系处于弱脱钩—强脱钩状态，2011年以前基本为弱脱钩，2012年以后总體为强脱钩状态，表明流域水资源利用与经济发展协调关系改善明显，但仍未达到最佳协调阶段。

（2）2017年，黄河流域各省（区）水资源生态足迹和水生态承载力状况差异悬殊，上游青海、四川水资源生态足迹小，水生态承载力大，有较大的水资源生态盈余;中下游各省（区）水资源生态足迹大于水生态承载力，水生态处于超载状态，特别是宁夏、内蒙古、陕西3省（区）超载最为严重。各省（区）水资源生态足迹与经济发展协调程度差异明显，其中：甘肃、四川、青海、山东处于强脱钩状态，表明区域水资源生态足迹与经济发展关系较协调;河南、宁夏、陕西和山西则呈现不同程度的弱脱钩状态，表明区域水资源生态足迹与经济发展关系不协调;内蒙古为强负脱钩状态，表明水资源生态足迹与经济发展协调关系最差。

参考文献：

[1] REES W E. Ecological Footprints and Appropriated Carrying Capacity： What Urban Economics Leaves Out[J].Environment and Urbanization，1992，4（2）：121-130.

[2] REES W E，WACKERNAGEL M，PHIL T. Our Ecological Footprint： Reducing Human Impact on the Earth[M]. Gabriola Isoland，B C：New Society Publishers，1996：2-17.

[3] WACKERNAGEL M，ONISTO L，BELLO P，et al. National Natural Capital Accounting with the Ecological Footprint Concept[J].Ecological Economics，1999，29（3）：375-390.

[4] WACKERNAGEL M， REES W E. Perceptual and Structural Barriers to Investing in Natural Capital： Economics from an Ecological Footprint Perspective[J].Ecological Economics，1997，20（1）：3-24.

[5] 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.

[6] VANHAM D，BIDOGLIO G. A Review on the Indicator Water Footprint for the EU28[J].Ecological Indicators，2013，26：61-75.

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