眉山市水足迹计算与水资源利用评价

陈泓舟，冉清红

(1.成都师范学院史地与旅游学院/西部人文研究所，成都 611130；2.重庆师范大学地理与旅游学院，重庆 400047)

水资源是与人类生活密切相关的资源，具有十分重要的地位，但随着人类社会经济的发展和人口的增加，水资源的利用呈现出多种多样的问题，表现出水资源的浪费、污染等,部分地区出现严重的缺水问题[1]。水足迹研究为地区水资源的可持续规划和管理提供了新构想和研究方向。2002年胡克斯特拉在虚拟水基础上首先提出了“水足迹”的概念[2]。水足迹从区域水足迹研究向水足迹研究特定产品水足迹研究不断发展成熟。王艳阳研究表明减少出口水资源密集型产品，增加进口水资源密集型产品，有利于缓解地区水资源紧张问题[3]。国外学者主要研究特定产品的水足迹包括了粮食和主要畜产品等水足迹[4]。国内水足迹的研究主要集中在国家尺度与省级尺度上。在国家尺度上，袁野等人研究了中国各省虚拟水及城乡差异与中国虚拟水分区[5]，赵良仕等基于全国水足迹面板数据，探讨中国水足迹空间自相关模式[6]。在省级尺度上，韩玉等研究了各省的总水足迹与人均水足迹，并利用回归曲线拟合预测虚拟水消费量等[7]。

水足迹研究方法多种多样，有大量的研究成果作为基础。本文以眉山市为研究区，用定量研究方法得出眉山市水足迹时空分异特征，建立评价体系，得出结论与建议，为眉山市水资源利用方向提供参考。

1 研究区概况

眉山市地处四川盆地以西的成都平原南部，地形总体上是南高北低，西高东低。区域的西部是山岳地带，中部的岷江河谷平原比较平缓，东部的丘陵地带比较起伏，南部的山岳地带起伏较大，地形比较破碎。眉山市属于亚热带季风气候，年均降水天数达158d，年均降水量达1145.5mm，年均温16.5℃。岷江和青衣江等河流流经。眉山市东西长151km，南北宽73km，总面积达7133km2。东边接自贡和资阳，北与部成都相邻，西邻雅安，南邻乐山。眉山市内包括东坡区、仁寿县、洪雅县、彭山区、青神县和丹棱县。2018年眉山市土地总面积713985.73hm2。其中农用地面积 620180.65 hm2，占土地总面积的 86.86%。建设用地面积 76265.86 hm2，占土地总面积 10.68%。其他土地面积17539.22 hm2，占土地总面积的 2.46%。眉山市户籍人口约344.68万人，人口与城市集中分布在东部的东坡区与仁寿县两地，两地对水资源的需求较大，眉山市西部洪雅县与丹棱县地广人稀，水资源丰富，眉山市水资源供给与需求矛盾突出，因此对眉山市水资源时空分布差异与利用研究是有价值的。通过计算眉山市水足迹，并对眉山市水足迹结构、效益、生态安全、水资源环境安全以及水资源可持续性等指标进行分析研究，揭示眉山市水资源时空分异特征。通过分析眉山市水资源时空分异特征，一方面，对眉山市总体水足迹进行摸底，计算出眉山市水资源现状。另外一方面，通过建立水足迹评价指标来评价眉山市水资源利用现状，为政府能够正确使用和合理规划调配眉山市水资源提供依据。

2 数据与方法

2.1 数据来源

根据中国气象数据网，气象资料主要选取眉山站点2009～2018年的主要气象数据包括月降水量、高温、最低温度、平均相对湿度和日照等以及四川省气象局统计资料。根据《眉山市统计年鉴2013～2018》以及《四川省统计年鉴2009～2018》并参考当地农业生长实际，选取眉山市历年主要农作物、动物产品、工业用水、生活用水、其他需水量、生态用水量为水足迹研究对象。水文资料来自于《眉山市水资源公报2016》《眉山市水利统计年报2017～2018》等内部资料以及《四川省水资源公报2009～2018》等资料作为补充。

2.2 研究方法

2.2.1 水足迹计算模型 水足迹的计算使用了两种主要的方法:基于消费收支理论的自上而下计算方法;自下而上的计算方法首先考虑产品或服务所消耗的水量[5]。以眉山市为研究, 选用从上到下的计算方法,具体计算见公式(1)：

WF=IWF+OWF

(1)

式中,WF是区域总水足迹(m3/a)；IWF是内部水足迹(m3/a)，是生产当地消费品和服务的水资源数量，具体计算见公式(2)：

IWF=DWU+AWU+EWU+IWU-VEW1

(2)

式中，DWU为生活水足迹(m3/a)；AWU为农业水足迹(m3/a)，即农业生产需水量；EWU为生态水足迹(m3/a)；IWU为工业水足(m3/a)；VEW1本地出口水足迹量(m3/a)。

OWF为外部水足迹(m3/a)，是指本地居民所消费的在外地生产的产品和服务所消耗的水资源数量，具体计算见公式(3)：

OWF=VWI-VWE2

(3)

式中,VWI为本地从其他国家或地区进口的水足迹总量(m3/a)；VWE2为向其他国家或地区输出的进口产品再输出的水足迹总量。

2.2.2 内部水足迹计算

(1)农作物水足迹

农作物水足迹是计算作物水位不可或缺的，可以用联合国粮农组织推荐的标准彭曼公式计算每一种作物的用水需求[8]。计算公式为：农作物水足迹=产量×单位农作物产品虚拟水含量。

(2)动物产品水足迹

动物性产品的水需求是指根据动物的种类和饲养方式以及成长过程中的需水量。直接基于荷兰水文环境工程研究所研究的关于各国动物制品虚拟水分含量的中国数据[9]。计算公式为：动物产品水足迹=产量×单位动物产品虚拟水含量。

(3)其他需水量(工业用水、生活用水、生态用水量)

计算工业产品水需求的原理与计算作物水需求相似，但由于无法系统地获得关于工业产品的水消耗量的详细数据，直接置换为眉山市水资源公报的城市产业的水消费。

(4)水足迹净输出量

由于眉山市产品贸易数据的局限性，采用林彤等的研究[10]，虚拟水贸易量采用如下公式：虚拟水净输出量=出口贸易值/地区生产总值×总用水量。

2.2.3 外部水足迹计算 外部水足迹指进口水足迹VWI减去本地进口再出口水足迹VWE2。计算公式为：虚拟水净输入量=进口贸易值/地区生产总值×总用水量。

2.2.4 水足迹评价指标体系 采用吴兆丹提出的水足迹评价方法，建立了相应的水足迹评价指标[11]。评估水足迹的主要指标由四大类组成，包括结构、效益、水资源生态安全和水资源可持续性指标。水足迹结构指标包括水资源进口依赖度和水资源自给率，水资源进口依赖度是区域外部水的足迹和区域水的足迹的关系，值越大输入的虚拟水越多。水资源自给率说明了该地区消耗了多少本地水。水足迹效益指标包括了万吨水足迹人口密度、水足迹经济效益值、水足迹土地密度和水足迹净贸易量。万吨水足迹指标值越大说明对人口的支撑越多[12]。水足迹经济效益值指标值越大说明对人口的支撑越多。水足迹土地密度反映了单位面积的耗水量。区域水足迹贸易为正值是水资源输出地，负值反之[13]。水资源生态安全的主要指标是水资源匮乏度，反映了地区水资源的缺乏程度。水资源可持续指标主要包含水足迹增长指数，用于衡量区域水足迹增长[14]。

表1 眉山市水足迹评价指标体系

3 结果与分析

3.1 水足迹计算结果

3.1.1 农作物水足迹 从表2可以得出从2009～2018年眉山市单位农作物的平均水足迹含量由高到低依次为茶叶1690 m3/t、小麦1191 m3/t、油菜籽860 m3/t、玉米638m3/t、稻谷607m3/t、水果478m3/t和蔬菜155 m3/t。

表2 眉山市单位农作物水足迹 (单位：m3/t)

眉山市主要七类农产品中稻谷的产量最大，年均产粮达到77.8万t。在表3中可以得出，从2009～2018年眉山市稻谷生产整个过程中的水足迹量最大平均达到了5.88×108m3。水果平均年产量达到110×104t，消耗的水足迹量平均能达到3.64×108m3。眉山市稻谷和水果生产所消耗的水资源量，占眉山市农产品总水足迹的65.2%。

在表3中可以得出，眉山市的玉米、蔬菜、油菜籽、小麦和茶叶年平均水足迹量为玉米1.81×108m3、蔬菜1.49×108m3、油菜籽0.73×108m3、小麦0.71×108m3、茶叶0.31×108m3。由于眉山市的农作物种植面积和产量居四川省前例，农作物产品的水足迹占农业水足迹的主要部分。

表3 眉山市2009～2018年农产品水足迹年际变化情况 (单位：亿m3)

3.1.2 动物产品水足迹 通过计算中可以得出眉山市单位动物产品的水足迹，从2009～2018年单位动物产品平均水足迹最高的为牛肉平均值为12424m3/t，其后依次为羊肉5313 m3/t、猪肉3947 m3/t、小家禽肉3644m3/t、禽蛋3620m3/t、牛奶1000m3/t。在表5中，2009～2018年间猪肉的水足迹最大年平均水足迹量达6.75×108m3。这是由于生猪在眉山市的出栏量决定的，眉山市年平均生猪存栏量大253万头，猪肉年产量达19万t，生猪的生长加工的水资源占到了动物产品水足迹量的59.7%，禽蛋年均水足迹1.47×108m3，小家禽肉年均水足迹1.42×108m3，生产牛奶的年均水足迹1.09×108m3，生产牛肉的年均水足迹达0.47×108m3以及生产羊肉的年均水足迹达0.26×108m3。

表4 眉山市单位动物产品水足迹 (单位：m3/t)

表5 眉山市2009～2018年农产品水足迹年际变化 (单位：亿m3)

3.1.3 工业、生态、生活水足迹 从表6中得出工业用水、生活用水、生态用水需水量的变化是工业用水的水足迹量在10年间波动中有部分下降，工业用水的年均水足迹达2.41×108m3。生活用水的年均水足迹1.60×108m3，生态用水的年均水足迹0.44×108m3,生活用水的水足迹量有波动，整体上呈上升趋势，生态用水的水足迹整体上呈上升趋势。

表6 眉山市2009～2018年其他水足迹年际变化 (单位:亿m3)

3.2 水足迹分析

眉山市2009～2018年10年间水总足迹量呈波动上升趋势，2009年26.13×108m3，2018年增长34.34×108m3，年均增长4%。2009年眉山市人口为348万人，2018年常住人口为344万人，10年间人口减少了4万人。GDP总额从2012年的465亿元增长到2018年的1256亿元，经济的增长与发展带来水足迹的增长。眉山市用水结构中，农业水足迹所占比重最大主要是农作物的生产占比较大，除此之外动物产品的水足迹紧随其后，工业水足迹其次，最后是其他水足迹。

人均水足迹反映了眉山市居民人均消费水资源的能力。眉山市历年人均水足迹在波动中呈上升趋势，说明随着经济的发展，人们的消费水平提高，人均水足迹增加。眉山市2009年人均水足迹为748m3，到2018年眉山市的人均水足迹997 m3。与四川省其他地区相比，眉山市人均水足迹处于较高水平。但与南方沿海地区诸如福建、浙江、广东的地级市相比人均水足迹相对较低。眉山市工业用水足迹、生活水足迹、虚拟水进口量和出口量结构基本稳定，农业水足迹和生态水足迹上升趋势明显。

表7 眉山市2009～2018年总水足迹含量 (单位：亿m3)

表8 眉山市2009～2018年水足迹结构指标值

表9 眉山市2009～2018年水足迹效益指标值

表10 眉山市2009～2018年水资源生态安全、可持续性能指标值

4 眉山水资源特征

4.1 眉山市水资源具有可持续性特征

眉山市的水足迹结构指标中水资源进口依赖度十年间有一定的变化但幅度较小，十年间平均水资源的进口依赖度为0.56%，水资源自给率相对稳定十年间平均为99.42%。总体来看眉山市的水资源自给率较高，整体上水资源对外依赖度非常小，表现出眉山市水资源的可持续性。

4.2 眉山市水资源压力呈上升趋势

水足迹效益指标中万吨水足迹人口密度呈下降趋势，从2009年13.35人/104t 下降至2018年10.02人/104t表明眉山市人口增长人均水资源不断减少，水资源压力增大，水足迹经济效益值整体上升从2009年17.8 m3/元增长至2018年为36.57 m3/元表明在工业生产中水资源消耗不断增加，加大了眉山市水资源压力，水足迹土地密度呈下降趋势从2009年的3704.79 m3/hm2上升至2018年为4813.56 m3/hm2，反映了眉山市单位土地面积耗水量不断上升。水足迹净贸易量从2010年0.02亿m3增长到2018年为0.25亿m3，眉山市水资源对外依赖增大。眉山市农业水资源能够承载的农业人口数在减少，人口承载能力在下降，农业水资源在本地起到的有效作用力在缓慢削弱。

表11 2018年眉山市六区县水足迹及效率

4.3 眉山市水资源分布不平衡

眉山市水资源较丰富的地区主要是青神县、洪雅县和丹棱县三地三地水资源占眉山市水资源的69%，但人口集中分布在东坡区、仁寿县和彭山区三地占眉山市总人口的75%，三地平均水足迹土地密度与水资源匮乏度分别为5054.3 m3/hm2以及52.16%远高于其他三地，表现出眉山市水资源地区分布呈现巨大差异。

表12 眉山市各区县水资源效益分级

图1 2018年眉山市水足迹效益分区

5 建议

5.1 调整产业结构

整体上看眉山市农产品生产耗费大量水资源，工业生产耗水量日益增加，因此需注重调整眉山市产业结构，大力发展节水农业，调整农作物种植结构，严格限制耗水量大和污染严重的企业。

5.2 提高水资源利用率

限制眉山市农业生产中的大水漫灌等方式，引进滴灌等方式提高农业用水的使用效率。在工业生产中重视对废水污水的处理和重复利用，在居民日常生活中倡导节约用水，生活用水重复利用的观念。

5.3 优化配置水资源

眉山水资源显著的特点是水资源匮乏度、水资源增长指数等年际变化大，合理的修建水库储存降水，便于旱季使用，积极修建水渠引岷江水或与成都平原灌溉系统相衔接，合理开发和调度水资源。