江西省水资源生态足迹时空格局

谷文林，刘 枫，井沛然

(河海大学商学院，江苏 南京 211100)

随着人口增长和社会发展，生态文明建设的地位日趋重要。中国共产党第十九次全国代表大会报告指出：“要加快生态文明体制改革，建设美丽中国。”生态文明建设的重要内容之一就是自然资源的可持续利用。水资源作为人类生产、生活必不可少的资源，其可持续利用状况关系到人类社会的健康发展。但是在当前阶段，我国的水资源状况并不乐观，人均水资源量远低于全球平均水平，仅62.8%的水资源和22.2%的湖泊水质可饮用，约 2/3的城市存在不同程度的水资源短缺[1]。江西省地处中国东南部，属于亚热带季风气候，降水较多，省内河网密布，区域内有著名的鄱阳湖自然保护区。由于季风气候的不稳定性，台风、旱涝等灾害频发，水资源时空分布不均。随着江西省社会经济的发展和人口的增长，水资源供需矛盾日益突出，水资源开发利用效率以及水资源环境污染等问题亟须解决。

1992年Rees[2]首次提出生态足迹理论，为区域水资源可持续利用评价提供了全新的视角。水资源生态足迹可以表述为：在特定人口和经济状况下，为了维持人们正常的生产生活，水资源消费以及消纳水污染所必须的生态生产性土地面积[3-5]。水资源生态足迹核算基于两个假设条件：第一，能够对人们所消费及浪费的大部分水资源进行跟踪；第二，人们消费及浪费的水资源能够被转化为生物生产性土地面积[6]。在国内研究中，徐中民等[7]首次将生态足迹法引入中国，并使用该方法对甘肃省生态足迹进行了测算；同年，张志强等[8]对生态足迹法的理论概念与计算模型进行了系统介绍，将生态足迹法完整地引入了国内；龙爱华等[9]将生态足迹法应用于水资源领域，对西北四省(区)水资源可持续利用状况进行了评价；黄林楠等[10]以生态足迹模型为基础，提出产量因子和均衡因子模型，并用该模型对江苏省水资源可持续利用状况进行了评价；张义等[11]建立了水污染生态足迹模型，并将该模型引入水资源生态足迹的计算中；陶倩君等[12]运用时空分析和相关分析等方法对广东省2000—2014年的水资源生态足迹进行评价。参考近几年国内研究文献，研究对象以干旱省份和经济区域为主[13-16]，对南方水资源充沛的省份研究较少。由于各省对地级市的水资源数据披露情况不尽相同，水资源生态足迹空间研究也相对匮乏。

本文以江西省为研究对象，对其2010—2018年水资源生态足迹时空格局进行系统评价，以期为该地区水资源可持续利用以及水资源政策的制定提供借鉴。

1 模型构建与指标计算

1.1 模型构建

1.1.1一级水资源生态足迹模型

现阶段水资源生态足迹模型发展较为完善，根据陆砚池等[17]的研究，一级水资源生态足迹模型可以描述为

Ew=Nfw=Rw(W/P)

(1)

其中

P=Q/S

式中：Ew为水资源生态足迹，hm2；N为区域内总人口数；fw为人均水资源生态足迹；Rw为水资源全球均衡因子；W为区域内消耗的水资源总量，m3；P为区域水资源生产能力，m3/hm2；Q为区域内水资源总量，m3；S为区域面积，hm2。

参照世界自然基金会核算的各类土地均衡因子，Rw取值为5.19。使用水文学中产水模数这一概念来衡量区域水资源生产能力P，产水模数为区域内水资源总量与区域面积的比值，表示区域内每公顷土地所分配的水资源量：

1.1.2二级水资源生态足迹模型

《江西省水资源公报》将年用水总量指标细分为六类：农田灌溉用水量、林牧渔畜用水量、工业用水量、城镇公共用水量、居民生活用水量和生态环境用水量。按照用水特性可以将这六类划归为生活用水量、生产用水量和生态用水量三大类综合用水指标，账户划分情况见表1。根据一级水资源生态足迹模型，建立生活用水生态足迹模型、生产用水生态足迹模型和生态用水生态足迹模型3个二级水资源生态足迹模型。生活用水生态足迹模型为

Edw=Nfdw=Rw(Wd/P)=RwWd/(Q/S)

(2)

式中：Edw为生活用水生态足迹，hm2；fdw为人均生活用水生态足迹；Wd为区域内生活用水总量，m3。将Wd换成生产用水量和生态用水量，可以得到生产用水生态足迹模型Eiw和生态用水生态足迹模型Eew。水资源生态足迹模型可以表示为

Ew=Edw+Eiw+Eew (3) 表1 水资源生态足迹账户划分

1.1.3水资源生态承载力模型

水资源生态承载力是指在一定区域和时间内，水资源能够满足该区域社会发展和人口增长的最大供给量[18]。为实现可持续发展，区域的水资源开发利用率应不超过40%[19]，因此在水资源生态承载力的计算中要扣除60%用于维持当地生态环境。水资源生态承载力模型构建如下：

Cw=Ncw=(1-60%)ψRw(Q/P)

(4)

其中

ψ=P/Pw

式中：Cw为水资源生态承载力，hm2；cw为人均水资源生态承载力；ψ为区域水资源产量因子，该变量可以对不同地区同类生态生产能力进行比较；Pw为全球单位面积产水量，参考方伟成等[20]的研究，Pw取值为3 140 m3/hm2。

区域水资源生态承载力也可以用“区域地表水资源生态承载力与地下水资源生态承载力之和”来表示：

Cw=Csw+Clw

(5)

式中：Csw为地表水资源生态承载力，其计算方法是将式(5)的区域水资源总量Q换成区域地表水资源总量；Clw为地下水资源生态承载力，计算方法同Csw。

1.2 指标计算

1.2.1人均水资源生态盈余(赤字)

人均水资源生态盈余(赤字)是用来衡量区域内水资源是否满足该区域生产、生活以及生态用水的需求[21]，其表达式为

Dw=(Cw-Ew)/N

(6)

式中：Dw为人均水资源生态盈余(赤字)，当Dw>0时，表示人均水资源生态盈余，区域内水资源可以满足各方面的用水需求；当Dw<0时，表示人均水资源生态赤字，区域内水资源不能满足用水需求。

1.2.2水资源生态压力指数

水资源生态压力指数反映了一个国家或地区水资源的稀缺程度和安全程度[22]，用水资源生态足迹与水资源生态承载力的比值表示。根据王先庆等[23]的研究，水资源生态压力指数可分成不同区间：水资源生态压力指数大于1，水资源供给不足，水资源安全性较差；水资源生态压力指数等于1，水资源供给与需求达到平衡，水资源安全性有待提高；水资源生态压力指数在0.5～1的区间内，水资源供给较为充足，水资源安全性较高；水资源生态压力指数小于0.5，水资源供给充足，水资源安全性高。

1.2.3万元GDP水资源生态足迹

万元GDP水资源生态足迹反映的是水资源的利用效率[24]，用区域水资源生态足迹与该区域相应年份GDP的比值表示。万元GDP水资源生态足迹与水资源利用效率之间具有负相关性，即万元GDP水资源生态足迹越低，水资源利用效率越高。

本文的水资源指标数据来自2010—2018年各年度《江西省水资源公报》，人口、土地面积和GDP数据来自2010—2018年各年度《江西省统计年鉴》。

2 计算结果与分析

2.1 区域水资源生产能力

在水资源生态足迹模型中，用产水模数来衡量区域水资源生产能力。由于江西省年降水量差异较大，各年度产水模数会有较大不同，最终计算出的历年水资源生态足迹会出现大幅度变动。为了排除历年降水量对水资源生态足迹的影响，参考赵春芳等[25]的研究，将样本年度内各地级市的产水模数取平均值作为各自的水资源生产能力，见表2。

表2 江西省及各地级市水资源生产能力

2.2 江西省水资源生态足迹与水资源生态承载力

2010—2018江西省年水资源生态足迹账户相关指标的计算结果见表3。研究期内，水资源生态足迹呈现波动上升的变化趋势，生产用水生态足迹所占比重最大，每年均超过87%，且历年变化较小；生活用水生态足迹每年稳定上升，这与人口的增加、居民生活方式的转变等因素都有密切关系；生态用水生态足迹呈现逐年上升的变化轨迹，说明江西省在生态方面的用水量逐年增加，这与其所倡导的绿色发展模式相吻合。

表3 2010—2018年江西省水资源生态足迹账户

江西省水资源生态承载力波动较大。由式(4)可知，水资源生态承载力与水资源总量具有正相关性，影响水资源总量的最主要因素是降水量。江西省属季风气候，季风的不稳定性易造成各年度降水量出现较大差异，水资源生态承载力会随着降水量的差异而波动变化。受水资源生态承载力波动的影响，各年度人均水资源生态盈余也出现同向变动。此外，江西省人口数量每年稳定上升，但对人均水资源生态盈余的变化没有显著影响。

2.3 江西省各地级市水资源生态足迹

江西省各地级市2010—2018年水资源生态足迹整体上较为平稳(图1)。根据水资源生态足迹计算结果，可将11个市分成3组：第一组包括赣州和宜春两市，水资源生态足迹常年保持在较高水平；第二组包括吉安、南昌、九江、上饶和抚州5市，水资源生态足迹保持在中等水平；第三组包括新余、萍乡、景德镇和鹰潭4市，水资源生态足迹处于较低水平。以2018年各地级市用水情况(表4)为例，对江西省水资源生态足迹空间分布状况进行解释。

图1 江西省各地级市水资源生态足迹

a. 第一组。在用水总量方面，2018年宜春市和赣州市用水总量分别为42.81亿m3和34.04亿m3，位居全省第一、二位。在具体用水指标方面，宜春市工业用水量为14.59亿m3，占全省工业用水总量的24.83%，所占比重最大。宜春市第二产业中以锂电能源、纺织和建筑等水资源消耗极高的行业为主，该市的锂电新能源、丰城再生铝、奉新棉纺织等产业被列为省级重点产业集群，产生了极大的用水需求。赣州市居民生活用水量位居全省第一，达4.1亿m3。在2018年江西省各市人口排名中，赣州市以常住人口850.75万人高居全省第一，生活用水量需求巨大。较高的用水量是宜春市和赣州市水资源生态足迹高的主要原因。

b. 第二组、第三组。各市用水总量第二组均超过20亿m3，第三组均低于10亿m3。在具体用水指标方面，农田灌溉用水量和居民生活用水量是两组用水总量产生差异的主要原因。第三组中4个市的农田灌溉用水量合计为16.28亿m3，仅与第二组中南昌市的农田灌溉用水量大致相当。在居民生活用水量方面，第三组最高的萍乡市仅为0.97亿m3，第二组中最低的抚州市已达到1.85亿m3，其他各市均超过2亿m3。较高的农田灌溉用水量、居民生活用水量和用水总量是第二组水资源生态足迹高于第三组的主要原因。

对研究时段内其他各年度江西省各市用水量进行统计，其他各年度状况与2018年大致相同，验证了结论的准确性。

表4 2018年江西省各地级市用水量 亿m3

2.4 江西省各地级市水资源生态承载力

江西省11个地级市各年度水资源生态承载力呈现较大的波动(图2)。江西省气候湿润，降水偏多，受梅雨、强降雨以及“早春汛”的影响，2010年全省降水量达到3 482.89亿m3，较多年均值高于23.7亿m3；2012年全省降水量3 614.53亿m3，较多年均值高于32.2亿m3。这两年均属于丰水年份，各市的水资源生态承载力均达到了较高水平。2011年和2018年江西省梅雨持续时间短，整体降水较少，部分地区出现夏秋连旱，2011年降水量为2 176.4亿m3，低于多年均值20.4亿m3；2018年降水量2 483.6亿m3，低于多年均值9.2亿m3。这两年属于枯水年份，各市的水资源生态承载力都处于较低水平。

从空间分布来看(图2)，11个地级市大致可分成3组：第一组为赣州市，各年份水资源生态承载力都高居全省第一位；第二组包括吉安、抚州、上饶、宜春和九江5个市，各市水资源生态承载力处于全省中等水平；第三组包括南昌、景德镇、鹰潭、萍乡和新余5个市，各市水资源生态承载力长期处于全省较低水平。对于江西省水资源生态承载力空间分布状况，以2018年为例，结合表5从降水量、水库蓄水量以及地表水总量3个角度进行解释。

图2 江西省各地级市水资源生态承载力

a. 第一组。在降水量方面，赣州市地处江西省最南部，梅雨季节开始时间早于其他各市，结束时间相对较晚，全市受梅雨影响时间长。2018年降水量达546.89亿m3，占全省降水总量的22.02%，高居全省第一。在水库蓄水量方面，赣州市拥有大中型水库共计49座，水库数量全省第一，蓄水量为12.81亿m3，位居全省第四。在地表水方面，2018年赣州市地表水资源总量达到222.92亿m3，占全省地表水资源总量的19.73%，位居全省第一。降水多、地表水量丰沛，水库蓄水充足，这是赣州市水资源生态足迹全省最高的主要原因。

b. 第二组与第三组。在降水量方面，由于江西省降水量呈现出从东南向西北递减的变化轨迹，位于东南部的吉安、抚州和上饶3个市降水量均超过300亿m3，宜春市和九江市降水量也在250亿m3之上，对比而言，第三组5个市的降水量均未超过100亿m3。在蓄水量方面，第二组的九江市水库蓄水量达到47.81亿m3，占全省水库蓄水总量的38.91%，高居全省第一。吉安市和宜春市水库蓄水量分别为21.37亿m3和19.23亿m3，位居全省第二、三位。

表5 2018年江西省各地级市水资源生态承载力影响因素 亿m3

上饶市和抚州市水库蓄水量分别为8.89亿m3和7.03亿m3，处于全省中等水平。第三组中，新余市水库蓄水量最高，为2.78亿m3，其次是萍乡市，蓄水量为1.09亿m3，景德镇、鹰潭和南昌3个市的水库蓄水量均未超过1亿m3，处于全省末端水平。在地表水方面，第二组上饶市地表水资源总量为204.88亿m3，居全省第二，吉安、抚州和宜春各市的地表水资源总量均超过100亿m3，九江市为98.77亿m3，位居全省第六。第三组各市地表水资源总量明显低于第二组，该组中地表水资源总量最丰富的是南昌市，仅为59.33亿m3，与第二组末端的九江市有较大的差距，其余4个市的状况则更加不容乐观。

表6 江西省各地级市人均水资源生态盈余(赤字)

表7 2010—2018年江西省及各地级市水资源生态压力指数

综上所述，第二组各市在降水量、水库蓄水量和地表水资源总量3个方面全部高于第三组，这是第二组各市水资源生态承载力高于第三组各市的主要原因。

对研究时段内其他年度的降水量、水库蓄水量和地表水资源总量进行了相同的对比分析，各年度结果与2018年基本一致，验证了结论的准确性。

2.5 江西省各地级市人均水资源生态盈余(赤字)

通过式(6)计算各地级市人均水资源生态盈余(赤字)，结果见表6，其值为正表示水资源盈余，为负则表示水资源短缺。对比图2与表6，可以确定人均水资源生态盈余(赤字)与水资源生态承载力变化轨迹基本相同。水资源生态承载力排名第一的赣州市在2010年、2012年和2016年的人均水资源生态盈余均超过1，水资源充足。2011年、2013年和2018年南昌市人均水资源生态盈余均出现生态赤字，其余年份盈余都较为接近0。南昌市水资源生态承载力排在第三组，整体水资源较为匮乏是南昌市出现人均水资源生态赤字的主要原因；此外，南昌市人口较多，人均分配量较低，这是南昌市出现人均水资源生态赤字的另一重要原因。

2.6 水资源生态压力指数

2010—2018年江西省各年水资源生态压力指数均低于0.5(表7)，表明江西省水资源安全程度高，水资源供给能够满足各方面的用水需求。从空间上来看，2011年、2013年和2018年南昌市水资源生态压力指数均超过1，水资源安全状况差，供给严重不足；其他年份水资源生态压力指数均在0.5～1之间，水资源安全状况有所缓解，处于相对安全状态。景德镇、鹰潭、赣州、上饶和抚州5个市在2010—2018年各年的水资源生态压力指数均低于0.5，水资源安全程度高，供给充足。萍乡、九江、新余、宜春和吉安5市较早年份部分值大于0.5，但在近4年中，水资源生态压力指数均小于0.5，且呈现出逐年减小的趋势，水资源安全程度不断改善。

2.7 江西省及各地级市万元GDP水资源生态足迹

2010—2018年江西省及各地级市的万元GDP水资源生态足迹均呈现逐年下降的变化趋势(表8)，水资源利用效率逐年提高，这与江西省农业现代化的进程以及技术进步、工业转型都有一定关系。从空间分布来看，吉安市和宜春市各年度万元GDP水资源生态足迹明显高于其他地级市，用水效率显著低于其他地级市；从2010—2018年9年的时间对比来看，吉安市用水效率提高了66.67%，涨幅位列全省第一，宜春市增长51.30%，涨幅位于全省中等水平，两市用水效率显著提高。南昌市的万元GDP水资源生态足迹处于全省末位，用水效率高于其他地级市；2010—2018年万元GDP水资源生态足迹值涨幅达53.85%，处于全省中上水平，水资源利用效率的提高速度较快。分析其原因可知，一方面南昌市水资源生态足迹处于中等水平，但该市GDP产值巨大，万元GDP水资源生态足迹显著低于其他各市；另一方面，南昌市水资源生态承载力水平低、人均水资源生态赤字以及水资源生态压力指数大，可利用水资源短缺是南昌市万元GDP水资源生态足迹值较低的原因之一。

表8 2010—2018年江西省及各地级市万元GDP水资源生态足迹 hm2

3 结论与建议

3.1 结论

本文基于江西省2010—2018年水资源相关数据，构建江西省及11个地级市的水资源生态足迹账户，并从水资源的盈余状况、安全性和用水效率3个方面对江西省及各地级市的水资源可持续利用水平进行了评价。

a. 2010—2018年江西省水资源生态足迹与全省用水量逐年增多正向关系显著，整体呈现稳步上升的变化趋势。生产用水生态足迹变化较为稳定，各年生产用水量均保持在总用水量的87%以上，生活用水生态足迹和生态用水生态足迹则逐年上升。在空间分布方面，各地级市生态足迹差异较大，根据生态足迹高低将11个地级市分成3组，第一组宜春市工业用水消耗巨大，赣州市居民生活用水量居高不下，水资源生态足迹分别居于全省第一、二位。第三组的鹰潭、景德镇、新余和萍乡4个市在农田灌溉用水量、居民生活用水量和用水总量方面与其他地级市差距较大，水资源生态足迹处于全省后四位水平。

b. 2010—2018年江西省水资源生态承载力出现较大波动，这与江西省各年度降水量的不稳定有关。在空间分布方面，各地级市历年水资源生态承载力与江西省水资源生态承载力基本保持同步变动，依据各地级市水资源生态承载力的高低将11个市分成3组，赣州市降水丰沛、地表水充足、水库蓄水量较高，水资源生态承载力全省最高，位居第一组；南昌、景德镇、鹰潭、萍乡和新余5个市同属第三组，降水量相对较少，水库蓄水量和地表水总量都处于全省末位，水资源生态承载力位居全省末端。

c. 从人均水资源盈余(赤字)来看，南昌市水资源较为匮乏，个别年份出现赤字，其他各市水资源均较为充足。从水资源生态压力指数来看，南昌市多个年份的水资源生态压力指数大于1，水资源供需存在不平衡；景德镇、鹰潭、赣州、上饶和抚州5个地级市历年水资源生态压力指数均小于0.5，水资源安全程度非常高；其余各市历年值虽有波动，但近4年呈现出逐年减小的变化趋势，水资源安全程度逐步提高。从万元GDP水资源生态足迹来看，南昌市历年值较小，用水效率高；吉安市和宜春市万元GDP水资源生态足迹偏大，水资源利用效率较低，但研究时段内涨幅较大，用水效率提高较快。

3.2 对策建议

a. 宜春市工业用水量大、水资源生态足迹高，建议对现有的锂电能源、纺织和建筑等高耗水行业进行技术创新或者有规划地逐步淘汰，优先发展高新技术企业，解决工业用水过高的问题；对于生态足迹较低的新余、萍乡、景德镇和鹰潭4个市，可以鼓励利用现有资源，合理发展农业生产，适当增加工业规模，增加GDP产值。此外，江西省各市应该继续增大生态用水投入，并根据实际状况调整产业结构，优先发展低耗水的第三产业[26]。

b. 南昌、景德镇、鹰潭、萍乡和新余5个市水资源生态承载力过低，建议通过兴修水库、大坝等水利工程措施提高地表水资源储备。江西省过境水资源较为丰富，应充分利用过境水资源与本地水资源互补[27]，保证水资源总量充足，提高水资源生态承载力。

c. 要解决南昌市人均水资源生态赤字和水资源生态压力指数过大的问题，重点在于“节流”。南昌市要加大研发投入，发展节水灌溉带等节水农业，同时通过改进技术等方式提高工业用水效率，实现污水处理回用资源化；日常生活中应加强宣传引导，提高居民的节水意识。对于宜春市和吉安市万元GDP水资源生态足迹偏大的问题，可以充分利用环鄱阳湖生态经济区，加强技术交流与合作，提高水资源利用效率。