云南省水资源生态足迹动态变化及驱动因素分析

郑 涛，弥智娟，谢银昌

(1.中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，云南 昆明 650051；2.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021；3.云南秀川环境工程技术有限公司，云南 昆明 650021)

云南省水资源总量位居全国前列，但水资源时空分布极不均衡。近年来，随着社会经济的迅速发展，水资源短缺已成为云南省经济社会发展的重要制约因素，尤其是滇中地区水资源供需矛盾不断升级，严重影响全省经济社会的可持续发展。水资源可持续利用与科学管理对区域经济社会的稳定发展具有关键作用[1]，全面掌握水资源动态变化已成为云南省保障生态安全的重要课题。自20世纪90年代初加拿大生态经济学家Willian和Wackernagel提出生态学足迹以来，该方法被广泛用于分析自然资源占用与区域自然资源承载能力，从而评价区域自然资源的可持续性及生态安全等问题。水资源生态足迹定量测算方法受到国内外学者的关注，该方法被广泛用于水资源生态足迹的定量计算[2-4]。目前，国内这方面研究大部分集中在模型改进、测度分析和模拟预测等方面[5]，但对水资源生态足迹的驱动因素研究较少。陶倩君等[6]采用相关分析方法进行广东省水资源生态足迹影响因素分析，熊娜娜[7]采用相关分析和通径分析方法进行成都市水资源生态足迹影响因素分析。故本文在分析云南省水资源生态足迹动态变化的基础上，采用指数分解法(LMDI)加法形式进行其驱动因素分析，以期为云南省水资源可持续利用提供借鉴。

1 研究区概况

云南省地处祖国西南边陲，北部与四川省接壤，西北隅倚西藏自治区，东部同广西壮族自治区和贵州省相邻，西部同缅甸相连，南部与越南、老挝毗邻。全省以山地高原地形为主，处在“世界屋脊”青藏高原的东南面，东西宽864.9 km，南北长990.0 km，国土面积38.32万km2，国界线长达3 207 km。气候基本属亚热带高原季风型气候，年温差小，日温差大，干湿季节分明。大部分地区年降水量在1 000 mm以上，但时空分配极不均匀，降水量随海拔增高而增大，雨季(5—10月)降水量占全年总降水量85.0%，旱季(11月至次年4月)仅占15.0%。云南省河流水系众多，分属金沙江(长江)、珠江、红河、澜沧江、怒江和伊洛瓦底江六大水系，水资源总量丰富。

2 研究方法

2.1 水资源生态足迹模型

水资源生态足迹是衡量某区域一定人口经济对水资源的需求能力。根据云南省用水类型情况，将水资源生态足迹分为三类，即生产用水、生活用水、生态用水，并依式(1)、(2)进行计算[8]。

(1)

EFit=Pt×efit=γw×(Wit/Pw)

(2)

式中 EFwt——第t年水资源生态足迹，hm2；Pt——第t年人口数；efit——人均水资源生态足迹，hm2/人；γw——水资源全球均衡因子；Wit——第i类第t年消耗的水资源量，m3；Pw——水资源全球平均生产能力，m3/hm2。

2.2 水资源生态承载力模型

水资源生态承载力是某区域水资源能够容纳一定人口经济的最大限度。在水资源生态承载力计算公式中，通常是将60%的水用于维持生态环境，40%的水用于满足人类社会的发展需求[9]。

ECw=P×ecw=0.4×φ×γw×Q/Pw

(3)

式中 ECw——水资源生态承载力，hm2；P——总人口；ecw——人均水资源生态承载力，hm2/人；φ——水资源产量因子；γw——水资源全球均衡因子；Q——水资源总量，m3。

2.3 水资源生态盈亏

区域水资源生态承载力若能满足该地区的人口与经济发展需求，则为水资源生态盈余，表明该地区处于可持续发展状态；反之，则为其水资源生态赤字[10]，处于不可持续发展的状态。

EDw=ECw-EFw

(4)

式中，若EDw>0，表示水资源为生态盈余；若EDw<0，则表示水资源为生态赤字。

2.4 万元GDP水资源生态足迹

万元GDP水资源生态足迹为该地区水资源生态足迹与该地区生产总值的比值，用以衡量水资源的利用效率。

(5)

式中 TSw——万元GDP水资源生态足迹，hm2；GDP——地区生产总值，万元。

2.5 LMDI分解法

指数分解方法的基本思想是把一个目标变量的变化分解成若干个影响因素变化的组合，从而可以区分各个影响因素影响程度的大小。Divisia是指数分解法的一种，对数平均迪氏指数法(Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI)，是Ang等[11]在Divisia基础上有效解决分解过程中出现的“0”值和残差情况，所以应用广泛[12]。本文借鉴IPAT方程[13]的建模原理，在云南省建立水资源生态足迹分解模型，采用LMDI分解法加法形式进行模型求解。

本文利用IPAT方程构建云南省水资源生态足迹模型见式(6)—(11)：

(6)

(7)

LMDI分解模型加法形式：

(8)

(9)

(10)

(11)

2.6 相关参数的选取

水资源生态足迹计算中的主要参数包括：水资源均衡因子、水资源全球平均生产能力、水资源区域平均生产能力以及水资源产量因子。水资源均衡因子是将不同类型土地资源的生产能力转换为可以比较的相同土地资源的生产能力，本文采用世界自然基金会(WWF)对水资源均衡因子的计算值，即为5.19[14]。水资源产量因子是区域水资源量的平均生产能力与全球水资源量的平均生产能力即全球多年平均产水模数的比值[15]。经参考相关研究成果，水资源全球平均生产能力的取值为3 140 m3/hm2[16]，根据云南省2006—2018年多年平均产水模数确定水资源平均生产能力为4 973 m3/hm2，产量因子约为1.58。

3 数据来源

云南省水资源总量、用水量(生产用水、生活用水、生态用水)、产水模数来源于《云南省水资源公报》(2006—2018年)，社会经济数据(人口数据、国内生产总值)来源于《云南省统计年鉴》(2006—2018年)。

4 结果与分析

4.1 云南省水资源生态足迹动态分析

根据表1、图1，分析表明2006—2018年云南省水资源总生态足迹整体呈平缓增加的趋势。云南省水资源生态足迹从2006年的1 511.18万hm2增加到2009年的1 592.99万hm2，之后又呈小波动缓慢增减趋势，至2018年水资源生态足迹为1 625.24万hm2。从全省GDP来看，云南省2006—2018年GDP以年均13%的速度在增长，万元GDP水资源生态足迹TSw呈下降趋势，整体来看云南省水资源生态足迹相对稳定，水资源的消耗用量并没有随云南省社会经济发展而呈现出增长趋势。

分析不同用水类型的水资源生态足迹，表明不同用水类型的水资源生态足迹差异较大，生产用水水资源生态足迹占总水资源生态足迹的80%以上，生活用水次之，生态用水所占的比重最小，且生活用水和生态用水的水资源生态足迹趋势基本一致。

表1 云南省2006—2018年水资源生态足迹

图1 云南省2006—2018年水资源生态足迹趋势

4.2 云南省水资源生态足迹盈亏分析

分析图2表明云南省水资源生态承载力远远大于水资源生态足迹，水资源处于生态盈余状态，即说明从全省来看，云南省水资源不存在生态赤字现象，水资源生态足迹处于水资源可承载范围之内，水资源处于可持续利用状态，水资源开发利用还有很大的提升空间。2009—2012年水资源生态承载力和水资源生态盈亏处于波动变化，这是因为2009—2012年属于云南省连续4年干旱时期，2009、2011年为时间序列内的特枯水年，尤其是2009年为云南省自1956年有资料以来平均降水量最少的一年，比常年降水量偏少24.7%，水资源总量也较低，水资源生态承载力也较低。

图2 云南省EFwt、ECw、EDw趋势

分析云南省各州市水资源生态足迹及水资源生态承载力(图3)，表明云南省各州市水资源生态足迹整体较平稳，但各州市水资源承载能力波动较大，尤其以普洱市、临沧市的水资源生态承载力最大；各州市水资源生态足迹虽均处于生态盈余状态，但昆明市、玉溪市和楚雄州3个州市水资源几乎濒临生态赤字，尤其省会昆明市水资源生态压力最大，普洱市、临沧市因水资源承载力较大，其水资源盈余量也最大。随着云南省滇中引水工程的开工建设，昆明市、玉溪市和楚雄州作为滇中区域主要的受水区，该工程建成后可极大缓解滇中地区水资源供需紧张的突出问题。

图3 云南省各州市EFwt、ECw、EDw趋势

4.3 云南省水资源生态足迹驱动因素分析

根据LMDI分解法的加法形式对水资源生态足迹分解模型进行求解，确定云南省水资源生态足迹变化量。分析表2、图4，表明2006—2018年云南省水资源生态足迹变化量(ΔEFw)呈波动变化，各时间段变化差异较大，2006年(基准年)与2018年水资源水资源生态足迹变化量为114.06万hm2。

表2 云南省2006—2018年水资源生态足迹分解模型求解

分析云南省水资源生态足迹各驱动因素，即结构因素(ΔEFs)、技术因素(ΔEFi)、经济因素(ΔEFr)和人口因素(ΔEFp)(图4)，表明技术因素、经济因素在水资源生态足迹变化中起着主导因素，人口因素和结构因素的影响不显著。

图4 云南省2006—2018年水资源生态足迹各影响因素趋势

a)结构因素对水资源生态足迹影响最弱，该因素水资源生态足迹变化量接近0且在正负值之间微弱波动，表明结构因素对水资源生态足迹的驱动作用并未完全显现出来。

b)人口因素变化量均为正值且呈平缓稳定趋势，表明人口因素为云南省水资源生态足迹的正向驱动因素。2006—2018年云南省以人口自然增长率0.6%左右的速度稳步增长，人口因素影响的水资源生态足迹在9.065 3万～10.596 5万hm2之间变化，变化区间较小，表明人口因素对云南省水资源生态足迹的驱动作用比较稳定，整体驱动作用不明显。

c)技术因素变化量均为负值且绝对值较大，各年之间均有波动变化，整体趋势为负向逐渐上升趋势。表明技术因素对云南省水资源生态足迹具有明显的负向驱动作用，而且负向驱动作用大体呈现减弱趋势。由于近年来云南省各行业通过循环水利用、节水设施等技术水平改进、提高，用水效率得到提升，有效抑制了云南省水资源生态足迹的增长趋势，保障了云南省水资源可持续利用。

d)经济因素变化量均为正值且数值较大，各年之间均有波动变化，整体趋势为逐渐下降趋势。表明经济因素对云南省水资源生态足迹具有明显的正向驱动作用，而且正向驱动作用大体呈现减弱趋势。2006—2018年云南省GDP呈线性增长趋势，万元GDP水资源生态足迹呈逐年下降趋势。说明随着生态文明建设的推进，云南省贯彻生态立省、环境优先的思想于经济社会发展的全过程，不断加大河湖水污染防治，在云南省社会经济的迅速发展中，经济因素对水资源生态足迹的驱动作用总体来说逐渐减弱，表明经济发展对水资源供需平衡的依赖性逐渐降低，该发展理念有效促进云南省水资源利用与经济协调发展。

5 结语

本研究根据水资源生态足迹模型，分析了云南省水资源生态足迹的动态变化，采用LMDI分解法加法形式进行了水资源生态足迹影响因素分析评价，并得出如下结论。

a)2006—2018年云南省水资源生态足迹整体呈平稳缓慢增加趋势，生产用水生态足迹在总水资源生态足迹中所占的比重较大，生活用水和生态用水在总水资源生态足迹中所占的比重均较小。

b)2006—2018年云南省水资源生态承载力呈波动变化趋势，水资源全部处于生态盈余状态，水资源生态承载的潜力较大。各州市水资源生态足迹、水资源生态承载力差距较大，各州市水资源全部处于生态盈余状态，但昆明、玉溪、楚雄共3个州市水资源濒临生态赤字。

c)通过对云南省水资源生态足迹驱动因素的分析，表明经济因素和人口因素为正值，作为云南省水资源生态足迹的正向驱动因素，结构因素、技术因素为负值，作为云南省水资源生态足迹的负向驱动因素。4个因素中，技术因素和经济因素对云南省水资源生态足迹的影响最为显著，结构因素和人口因素对云南省水资源生态足迹的影响尚不明显。