基于水足迹理论的苏北地区水资源评价

翁 清，马 骏，袁 军

(河海大学商学院，南京 211100)

水资源是一切生物赖以生存和发展的物质基础，也是支撑一个地区社会经济可持续发展的重要条件和战略性资源[1]。社会经济的不断发展，水资源合理开发及利用越来越成为实现社会可持续性发展的重要前提。积极探索社会经济发展与水资源开发利用之间的科学规律，对于区域社会可持续发展具有重要的理论指导作用。

1992年加拿大生态经济学家William与Wackernagel[2]提出“生态足迹”指标来反映人类的生存和发展对自然生态的胁迫状况。1993年伦敦大学教授Tony Allan[3]首创“虚拟水”这一概念，并提出释义：农产品生产过程中耗用的水资源量。2002年荷兰特温特大学教授Arjen-Y Hoekstra[4]结合前人“虚拟水”以及“生态足迹”的研究综述，第一次全面科学的定义了“水足迹”的概念：指一个国家、一个地区或一个人，在一定时间内消费的所有产品和服务所需要的水资源总量。2011年埃塞俄比亚学者Mesfin M Mekonnen与荷兰学者Arjen Y Hoekstra[5]发布全球水足迹公报，该公报计算了各个国家和地区的水足迹以及生产生活的水资源消耗及污染情况。

2002年水足迹概念问世之后，我国水资源领域的专家学者也不断探索并深入研究该理论在我国水资源管理评价以及战略制定方面的应用。2003年程国栋院士[6]在国内最先引入了虚拟水的概念，结合2000年西北地区各省市的虚拟水的计算结果，提出西部虚拟水战略计划。刘宝勤[7]等(2005年)综述了学术界虚拟水的研究现状，科学系统地总结了虚拟水的定义及定量计算方法，具体阐述了虚拟水理论以及方法研究进展。谭秀娟等[8](2009年)结合全国1949-2007年的水资源数据，计算分析结果表明我国1949-2007年水足迹年均增长率为4.61%，较低的水足迹年增速显示我国水资源正面临着巨大的危机。傅春等[9](2011年)利用1989-2008年鄱阳湖流域水足迹计算结果，构建水足迹与流域水资源承载力对比模型，研究表明鄱阳湖流域水足迹的盈余空间在逐年下降。

1 研究区域概况

江苏北部地区包括徐州、连云港、淮安、盐城、宿迁等5个省辖市，简称“苏北”。2013年，苏北五市土地面积5.23万km2，常住人口2 856万人。同年，五市GDP分别达到3 475.5、4 435.8、1 785.4、2 155.9、1 706.3亿元，分别增长12.3%、11.8%、11.8%、12.0%、12.5%，均高于全省9.6%的平均增速。

苏北位于黄海入海区域，气候上属于典型的温带季风气候。苏北受到以上海为核心的长江三角洲平原的经济辐射，是中国沿海经济发展的重要区域。凭借地处江淮平原的地理优势，区域内河湖纵横，生态环境良好，成为我国沿海区域开发战略中重要的农业和制造业基地。区域年平均降雨量低于苏南和苏中地区，且本地降雨和上游来水丰枯变化都很大。《2013年江苏省水资源公报》显示，苏北地区用水量187.6亿m3，占全省总用水量的37.5%。从节水指标上看，苏北地区万元生产总值用水量138 m3，苏南、苏中分别为54、102 m3；苏北地区万元工业增加值用水量为21.4 m3，苏南、苏中分别为17.4、18.1 m3。苏北区万元生产总值用水量和万元工业增加值用水量明显高于苏南、苏中，因此苏北地区用水效率远不如苏南、苏中地区。

2 研究方法与数据

2.1 水足迹计算方法

水足迹是从社会消费角度出发，兼顾了社会水资源消费的物质以及社会价值，衡量某个国家或者特定区域的实际水资源消耗量。基于虚拟水和生态足迹的理论基础，水足迹科学考察了水资源开发利用与社会可持续发展的关系。虚拟水是隐藏在消费产品中无法识别的水资源形式。水足迹是维持人类产品和服务消费所需要的真实水资源数量[10]。人类生产生活中的直接用水量并不是社会水资源消耗的主要部分，大部分的水资源消耗是在市场经济作用下以虚拟水的形式存在于消费产品中，经济全球化带动区域贸易是虚拟水流通的重要前提。一个国家或地区的实际水资源使用量不仅包括区域内产品生产或者服务所需的本地水资源总量，还包括区域进口产品和服务的虚拟水总量。水足迹指标相关计算方法如下，各指标释义见图1。

区域水足迹总量：

WFP=IWFP+EWFP

(1)

内部水足迹总量：

IWFP=AWU+IWW+DWW+EWW-VWEdom

(2)

外部水足迹总量：

EWFP=VWI-VWEre-export

(3)

AWU=农业产品单位虚拟水含量×区域总产量

(4)

进出口虚拟水足迹(VWEdom、VWI)=

本地进出口贸易总值/区域总产值×生产需水总量

(5)

图1 水足迹内涵结构图Fig.1 Water footprint connotation structure Chart

本文中涉及的各农产品以及动物产品单位虚拟水含量均参考Chapagain和Hoekstra(2004年)全球水资源研究公报中的中国部分农林牧渔产品单位水足迹数据。文中各种农作物和动物产品产量数据均来源于2012-2014年徐州、盐城、淮安、连云港和宿迁的统计年鉴资料。

工业生产需水量(IWW)、本地居民生活用水量(DWW)以及本地生态环境用水量(EWW)3种水资源消耗量都是以实体水的形式，所以本文对这部分水资源量的计算直接选取2012-2014年徐州、盐城、淮安、连云港和宿迁的统计年鉴资料中的工业用水、居民用水以及生态环境用水的实际数据作为样本数据。

2.2 区域水资源评价指标

本文参考2011年戚瑞[1]等基于水足迹理论构建的一套区域水资源评价指标体系，并根据区域实际情况稍作调整。水资源区域水资源评价体系包括水足迹结构、效益指标、水资源安全和可持续性指标。水足迹结构指标反映水资源组成情况，表明区域水资源战略结构[12]，见图2。区域水资源评价体系包括水足迹结构、效益指标和水资源安全指标。效益指标又分为内部效益与外部效益两大组成部分，前者主要衡量区域水资源的社会价值以及科学评价区域水资源对社会经济的贡献率，后者外部效益指标主要反映进出口贸易中虚拟水的地位和作用。同时，水资源安全指标是评价区域水足迹状况的重要组成部分，旨在反映区域水资源的利用情况以及紧缺程度。

图2 区域水资源评价指标体系Fig.2 Regional water resources evaluation index system

3 水足迹计算

3.1 农作物虚拟水计算

2011-2013年苏北地区农作物虚拟水计算结果见表1。由表1可知，近3 a来，苏北地区农作物产量呈稳步增长趋势，其生产需水量年均增速3.42%。其中粮食的生产需水量最高，这与苏北地区第一产业发展状况基本一致，苏北地区是江苏省重要的粮食生产基地，区域年均粮食产量占江苏省粮食总产量的70%左右，不仅满足省内居民生活需求，更销往省外地区，具有一定的销售优势。其次，蔬菜、水果和油料每年的生产需水量也均在10亿m3以上，蔬菜、水果和油料三类农作物的单位虚拟水含量虽然相对不高，但苏北地区农业发达，蔬菜、水果以及油料的产量较大，故其生产需水量也相对较多。

表1 2011-2013年苏北地区农作物虚拟水Tab.1 2011-2013 Crop virtual water in Northern Jiangsu

3.2 动物产品虚拟水计算

2011-2013年苏北地区动物产品虚拟水计算结果见表2。由表2可知，近3 a来，苏北地区生产需水量年均增速6.82%。其中水产品的生产需水量最大，这是由于苏北地区位于江淮沂沭泗流域下游的平原水网地区，水域面积1.6 万km2，占全省地域面积的16%，居全国之首，区域水产养殖业发达，水产品产量占据全省50%以上。其次，苏北畜牧业中生猪、家禽等养殖数量较多，猪肉、禽肉以及禽蛋产品产量相对较大，其生产需水量相对较大。目前，苏北地区规模化养殖发展快，各类动物产品产量稳步增长，区域畜牧业已逐步由农村副业发展成为相对独立的区域产业，更是成为苏北农村经济的重要组成部分。

表2 2011-2013年苏北地区动物产品虚拟水Tab.2 Virtual water of animal products in Northern Jiangsu

3.3 苏北地区水足迹计算

由表3可得，2011-2013年苏北地区水足迹为594.51、629.14、661.73亿m3，年均增速5.5%。人均水足迹分别为2 068.58、2 187.56、2 380.42 m3/人，年均增速7.29%。内部水足迹构成中，农产品水足迹所占比重最大，生态环境用水量最少。由此可见，农业水足迹是水足迹体系中耗水量最大的组成部分。苏北地区农业生产需水量所占比例极高，这与苏北五市农业相对发达有很大关系，苏北地区地处江淮沂沭泗流域下游的平原水网地区，生态环境优良，是江苏省重要的农产品生产以及畜牧业规模化发展地区。

表3中进出口贸易虚拟水计算结果显示，近3 a来，本地进口虚拟水总量(VWEdom)远低于本地出口虚拟水总量(VWI)。同时，苏北地区进口再出口虚拟水量极小，对于整个苏北地区水足迹计算结果的影响可忽略不计。表3计算结果表明苏北地区虚拟水贸易中，出口贸易占明显优势，苏北地区总体属于虚拟水外输的状态。这也是由于苏北地处平原水网地区，辖江临海，扼淮控湖，区域农林牧渔业发展速度较快，粮食、猪肉以及蔬菜等大量农副产品对外输出，造成出口虚拟水远超本地进口虚拟水的现状。

4 苏北地区水资源利用评价

参照构建的区域水足迹评价指标体系，根据一定的计算方法，表4得到2011-2013年苏北地区水足迹结构、效益、安全及可持续性指标计算结果。

(1)水足迹结构指标。苏北地区水资源总量基本能满足当地社会活动的需求，对区域外的水资源需求不明显。由于苏北地区社会经济的不断发展，区域水资源自给率(WSS)呈下降趋势，但仍高于我国平均水资源自给率为84.0%和世界平均水平为93.6%，处于一个较高的水平。这与苏北地区地处平原水网地区，拥有众多湖泊，区域内水资源相对丰富密切相关。

表3 2011-2013年苏北地区水足迹Tab.3 2011-2013 Water footprint in Northern Jiangsu area

表4 2011-2013年苏北地区水足迹评价Tab.4 2011-2013 Water Footprint Evaluation in Northern Jiangsu area

注：当WFPR>0;1

(2)水足迹效益指标。效益指标又分为内部效益与外部效益，前者主要衡量区域水资源对社会经济发展的贡献率。后者旨在评价虚拟水贸易情况。2011-2013年苏北地区水足迹人口密度逐年降低，土地密度小幅增长，单位水足迹产生的经济效益较低。主要是由于苏北地区拥有广阔的土地面积，农业用地占地面积相对较大，从而导致单位土地面积内人口密度相对较小。单位水足迹经济效益较低，主要是因为苏北地区虽然农产品产量大，但其商品化程度较低，有极大一部分仅是耕农自给自足，导致其经济效益低下。苏北区域的水资源贸易呈现向外输出的格局，本地进口虚拟水与外部水足迹的差额，即水足迹净贸易量分别为21.43、25.34、30.26亿m3；2013年水资源贡献率2.38%；水足迹价格兑换率均大于1，说明在虚拟水贸易方面，2013年苏北地区出口水足迹具有明显优势。

(3)水资源生态安全指标。2011-2013苏北地区的水资源匮乏指标(WS)和水资源压力指数(WP)均未超过100%，且相对稳定。说明苏北地区水资源区基本能满足当地生产生活需求，水资源结构以及安全情况基本理想，但两指标数值也略高于50%，表明区域仍承受一定的水资源压力。

(4)水资源可持续性能指标。2011-2013年苏北地区水足迹增长指数和可用水资源增长指数不断下降。结果表明虽然苏北地区节水试点工作具有一定成效，但仍面临可持续性利用方面的压力，需要提高水资源利用效率，全面建设节水型社会。水资源可持续利用指标表明区域水资源为可持续发展状态。

5 结 语

水足迹是一个用于衡量与人类产品消费量和产品消费模式相联系的水资源利用效率的新方法[13]。基于水足迹理论的水资源评价具有复杂性和多元性的特征。收集了2011-2013年苏北地区的水资源相关数据，构建评价体系计算苏北地区水足迹，并从水足迹结构、效益、生态安全、可持续性4个方面详细地分析了2011-2013年徐州、连云港、淮安、盐城、宿迁五市水资源总量、结构以及利用情况，科学评价苏北地区经济发展与水资源的内在规律，并得出以下结论。

(1)2011-2013年苏北地区水足迹分别为594.51、629.14、661.73亿m3。人均水足迹分别为2 068.58、2 187.56、2 380.422 m3/人。

(2)2011-2013年苏北地区水资源自给率均保持在95%以上，区域内部水资源基本满足当地生产生活需求。水足迹土地密度以及单位水足迹经济贡献率虽逐年小幅增长，但数值较低，说明区域内部水资源对社会经济的贡献率相对较低，水资源利用效率亟待提高。区域水资源属于虚拟水贸易输出型。近三年水资源匮乏指数仅略高于50%，说明目前苏北地区水资源紧缺度不高，基本能满足区域水资源供给需求。

(3)以上基于水足迹理论计算结果所反映的真实耗水量显著大于统计数据所体现的水资源消耗量，原因在于水足迹理论在计算耗水量时全面考虑了生产过程所损耗的虚拟水。而传统理论方法忽视了虚拟水，只考虑消耗的实体水，所以造成区域真实耗水量与统计耗水量的差距。

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[3] Allan J A. Fortunately there are substitutes for water otherwise our hydro-political futures would be impossible[C]∥ Priorities for Water Resources Allocation and Management. London,United-Kingdom,1993．

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