引洮工程对定西市水资源生态承载力的影响研究

刘 燕 何有华 周建海

(甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730000)

水资源作为一种战略资源，是一个国家在全球竞争中重要的物质保证，随着经济社会的不断发展和人类不合理的利用，水资源短缺已经成为21世纪最大的难题。多个区域的水资源承载力频频告急，研究水资源承载力和可持续发展是非常有必要的。

近年来，关于水资源生态足迹的研究成果较多，主要集中在利用生态足迹的方法计算区域水资源承载力和对研究区域的水资源承载力进行多指标评价的方法。周子琴等[1]对2007—2016年贵州省水资源生态足迹的演化特征进行了研究；熊娜娜等[2]利用生态足迹的方法对2000—2012年成都市水资源承载力的时空变化进行了分析；刘世梁等[3]研究了城市化和区域生态足迹的耦合关系；黄佳等[4]在计算山东省水资源生态足迹的基础上，利用相关软件分析了山东省水资源生态足迹和生态承载力的相关性；门宝辉等[5]在计算北京市水资源生态足迹和生态承载力的基础上，引入水资源足迹广度和深度，并改进了差分自回归平均模型与神经网络的组合模型在水资源生态足迹方面的应用；张洺也等[6]在此基础上引进水资源利用效率、负载指数、压力指数等相关概念并进行了相关性分析。本文在现有研究的基础上，通过计算定西市在引洮一期工程通水前后8年的水资源承载力，分析了引洮一期工程对定西市水资源生态承载力的影响。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

定西市位于甘肃省中部，地处黄土高原和秦岭山地交汇地带，属于半干旱区大陆性季风气候。定西市水资源贫乏，人均占有量极低，特别是北部。定西市降水量呈现南多北少的特征[7]。

引洮供水一期工程于2007年3月开工建设，2014年10月主体工程建成，2014年12月28日通水试运行，2015年8月6日正式运行，为受益区的定西、兰州、白银3个市城乡生产生活用水、工业用水、生态用水提供了水资源保障，受益人口达225.35万人。

定西市作为引洮供水一期工程的主要受益区，全市160.1万城乡居民和10余万亩旱地用上了引洮水。引洮供水一期工程通水后，城乡群众生活质量得到提高，改善了干旱地区群众长期吃苦咸水的现状，确保了城乡225.35万群众饮水安全，缓解了干旱，改善了生态环境。

1.2 数据来源

本文的相关数据来自2010—2017年《甘肃省水资源公报》《甘肃统计年鉴》和甘肃省引洮工程管理局官方数据。

2 定西市水资源生态足迹和生态承载力计算

2.1 水资源生态足迹模型

在生态足迹模型的基础上发展起来的水资源生态足迹模型，概括起来就是把一个区域的水资源生态足迹作为衡量该区域水资源可持续利用的标准，即维持现有的发展规模所需要的水资源的用地面积[8]。计算公式如下：

EFw=Nef=γ(W/Pw)

(1)

式中：EFw为总水资源生态足迹，hm2；N为区域人口总数；ef为人均水资源足迹；γ为水资源全球均衡因子；W为消耗的水资源量，m3；Pw为全球水资源平均生产能力,m3/hm2[9]。

根据现有的研究成果，本文将定西市水资源生态足迹的计算分为生活用水、生产用水和生态用水三大类进行，其中生活用水又进一步分为城镇生活用水和农村生活用水，生产用水进一步分为农业用水、工业用水、林牧渔用水，生态用水不再细分[10]。

2.2 水资源生态承载力模型

水资源生态承载力模型是为了判别研究区域的水资源利用是否处于可持续状态，相关研究成果显示：水资源生态承载力的计算应扣除60%用于维持生态系统的持续发展，否则生态系统将会不良发展[11]。其计算公式为

ECw=Necw=0.4φγQ/Pw

(2)

式中：ECw为水资源生态承载力,hm2；N为人口总数;ecw为水资源生态承载力，hm2/人；φ为区域水资源产量因子；γ为水资源均衡因子；Q为水资源总量，m3[12]。

2.3 水资源生态赤字(生态盈余)

生态盈余是水资源生态承载力与水资源生态足迹的差值，是对区域内水资源消耗是否在承载范围内的衡量，可用于评判区域内水资源的可持续利用状况[13]。其计算公式为

水资源生态盈余/赤字=ECw-EFw

(3)

ECw>EFw时，代表地区内水资源充足，为水资源生态盈余状态，水资源可持续利用状况良好。ECw=EFw时，为水资源平衡状态。ECw

2.4 万元GDP水资源生态足迹

万元GDP是研究区域总水资源生态足迹与该区域当年GDP的比值，是衡量研究区域水资源利用效率的重要指标，其值越小，则区域水资源的利用效率越高，反之亦然[15]。其计算公式为

万元GDP水资源生态足迹=区域总水资源生态

足迹/区域万元GDP

(4)

2.5 相关参数的确定

研究中涉及的参数确定主要有：全球均衡因子γ、水资源全球平均生产能力Pw、区域水资源产量因子φ。其中全球均衡因子的作用是将不同土地类型的单位生态生产能力转化成一个可比较的标准，本文采用基于世界自然基金会(WWF)2002年核算的均衡因子计算出的水资源的全球均衡因子5.19[16]。参考相关研究成果，水资源全球平均生产能力被定义为全球多年平均产水模数，取值3140m3/hm2[17]。区域水资源产量因子是地区内水资源平均生产能力与全球的水资源平均生产能力之比，而地区内水资源平均生产能力即区域单位面积产水模数，计算公式为[18]

区域单位面积产水模数=区域水资源总量/

流域面积

(5)

因此，计算得出定西市水资源产量因子为：2010年0.088；2011年0.116；2012年0.224；2013年0.215；2014年0.165；2015年0.146；2016年0.099；2017年0.176。

3 结果分析

3.1 水资源生态足迹和生态承载力的变化特征

根据前述公式和确定的相关参数，定西市2010—2017年水资源生态足迹和生态承载力计算结果见表1。

表1 定西市水资源生态足迹计算结果 单位：hm2/人

定西市2010—2017年水资源生态足迹呈现波动性减小趋势，2016年的水资源生态足迹比前一年略有增长， 这与引洮一期工程通水后定西市水资源可利用量大幅提升有关。从定西市2010—2017年水资源承载力计算结果来看，没有明显的变化规律，各年份间差异较大，峰值出现在2012年，为0.00742hm2/人，这与2012年的降雨量最大是一致的。从水资源生态承载力的计算公式可以看出，降雨量对区域水资源生态承载力的影响较大。计算得出的生态赤字呈逐年减小的趋势，说明定西市虽然处于水资源不可持续的状态，但总体是向好的方向发展。

定西市生活用水的生态足迹表现出先减小后增大的趋势，生活用水分为城镇用水和农村用水，城镇生活用水生态足迹逐年升高，这与定西市的城镇化进程是符合的，农村生活用水呈现波动性的减小趋势，从2010年的0.00273hm2/人减小到2017年的0.00139hm2/人，下降了近50%，这与近几年甘肃省实行新农村建设和农村饮水工程，农村生活用水效率提高有关，也与近几年农村人口外出务工，农村常住人口减少有关。

生产用水足迹方面，总体上呈现逐渐减小的趋势，生产用水包括农业用水、工业用水和林牧渔用水，其中，农业用水足迹和工业用水足迹逐年减小，这与近年来不断提高农田灌溉用水技术和工业用水效率有关。林牧渔用水足迹呈现先减小后增大的变化趋势，这与产业结构多元发展有关。农业用水足迹占生产用水足迹的85%以上，占总水资源生态足迹的70%以上。由此可见，大力发展节水灌溉和农业水资源高效利用技术是减少水资源生态足迹的有力措施。

定西市生态用水足迹的变化特征是先增大后减小，峰值出现在2015年，随后两年稍有减少，这可能与引洮一期工程2014年底通水有关，引洮通水前，定西市水资源极其短缺，没有足够可供生态环境使用的水资源，引洮工程不仅解决了定西人民吃水难，吃干净水难的局面，也改善了当地生态环境。

3.2 万元GDP水资源生态足迹的变化特征

根据相关计算公式，定西市2010—2017年万元GDP水资源生态足迹计算结果见图1 。图1中定西市万元GDP水资源生态足迹呈逐年减小的趋势，2014年稍有波动。这说明定西市水资源利用效率逐年提高，当地没有因为有引洮一期工程供水就放松对节水和高效用水的要求，这是值得借鉴的。

图1 万元GDP水资源生态足迹的变化

4 结 语

a.定西市2010—2017年水资源生态足迹呈现波动性减小趋势，引洮一期工程通水后定西市水资源生态足迹略有增长。其中，生态用水足迹在引洮工程通水后逐年增加，这与国家大力发展生态建设的基调是一致的。农业用水生态足迹占水资源总生态足迹的70%以上，因此鼓励产业结构的多元化发展和推进各行业水资源高效利用技术，特别是大力提高农业用水效率是减少定西市水资源生态足迹的重要方向。

b.定西市2010—2017年水资源生态赤字和万元GDP水资源生态足迹呈逐年减小的趋势，这说明定西市水资源利用效率稳步提升。定西市应积极推进“绿色技术银行”这一绿色产业政策，加大力度保护生态环境，改善水土流失现状，增加植被覆盖度，从根本上提高水资源承载力，走可持续发展道路。