基于生态足迹法的浙江省水资源可持续利用分析

李允洁，吕惠进，卜 鹏

(浙江师范大学 地理与环境科学学院，浙江 金华 321004)

基于生态足迹法的浙江省水资源可持续利用分析

李允洁，吕惠进，卜 鹏

(浙江师范大学 地理与环境科学学院，浙江 金华 321004)

2014年浙江省提出了“五水共治”的决策，而2015年正是关键年、冲刺年和深化年,浙江省在提出“五水共治”的同时，也积极推进生态省的建设。水资源可持续利用能力是现阶段需要考虑的重要问题，其动态分析能阐明水资源利用的状况。基于生态足迹法的水资源生态足迹、水资源承载力和水资源动态变化分析研究，可为浙江省水资源利用、管理和规划提供参考依据。结果表明：浙江省2006—2013年水资源生态足迹呈现波动变化的趋势；水资源承载力大于生态足迹，出现水资源生态盈余；水资源生态压力指数处于0～1，安全系数较高；万元GDP水资源生态足迹较高，水资源利用率较低。

水资源生态足迹；水资源承载力；动态分析；浙江省;生态压力指数

1 研究背景

随着经济的快速发展，人类对水资源的需求越来越大，有些地区已出现水质型缺水和资源型缺水。浙江省是一个水质型缺水的省份，加强对浙江省水资源承载力分析具有重要的现实意义。

水资源承载力是在水资源、水环境和可持续发展研究的基础上提出的概念[1-2]。目前已经有多种方法对水资源进行评价，包括主成分分析、灰色系统分析、层次分析、神经网络等。陈凯等[3]采用RBF神经网络、BP神经网络和模糊层次综合评价3种方法对汕头2000—2009年水资源承载力进行评价，结果表明汕头水资源情况较好，但有逐步恶化趋势；曹永强等[4]采用水足迹(类似于生态足迹)对河北省水资源进行实证研究，为河北省水资源管理提供理论支持。生态足迹方法是近20 a来用于水资源承载力分析的一个重要模型[5]，作为定量测量人类对自然资本利用和可持续发展的综合性指标，具有概念形象、内涵丰富和操作性强的特点。陈仕军等[6]运用生态足迹模型的时间序列方法对位于三峡库区腹地的重庆市万州区 1990—2008年的生态足迹、生态承载力和生态赤字进行了分析；曹永强等[7]以大伙房水库为例，基于层次分析法(AHP)的基本原理，构建了水库对河流生态系统服务功能影响的生态足迹评价指标体系，运用AHP确定各个评价指标权重。Torras[8]，Holden等[9]，宋豫秦等[10]采用能值生态足迹方法对浙江省的可持续发展进行了分析，结果表明浙江省人均承载力较高、可持续发展潜力大、能源利用率高；胡孙坝等[11]采用生态足迹方法从生物资源和能源消费方面对浙江省的土地人口承载力进行了研究，指出该省土地承载力出现赤字，提出了减轻生态赤字的建议；傅素英等[12]采用生态足迹方法对浙江省的休闲农业可持续发展进行了测评，得出浙江省休闲农业生态承载力小于生态足迹，出现了生态赤字，处于不可持续发展状态；还有学者对浙江省生态足迹的时序性进行了研究，童亿勤等[13]运用生态足迹模型对浙江省本地生态足迹时间序列研究，结果说明浙江省当前生物资源的生产和能源的消费能力远远超过其生态承载力，处于不可持续状态。以上结果都表明浙江省处于不可持续状态，应倡导合理的能源消费和生态环境保护理念。

综上所述，目前采用生态足迹方法对浙江省生态环境各方面的评价研究颇多，但涉及对浙江省水资源的可持续利用的研究很少。针对当前的“五水共治”决策，对浙江省水资源承载力进行分析，具有一定的现实意义。本文选取2006—2013年的相关数据，通过计算水资源生态足迹、水资源承载力、水资源压力指数和万元GDP水资源生态足迹等指标，分析浙江省水资源可持续利用情况，为浙江省水资源利用、管理和规划提供参考依据。

2 计算模型

2.1 水资源生态足迹模型

生态足迹法是衡量人类对自然资源利用程度以及自然界给人类提供生命支持服务功能的方法[14]。水资源生态足迹是在生态足迹模型的基础上提出的概念，已成为度量水资源可持续利用的重要指标。

根据水资源的特性，将水资源生态足迹分为生态用水足迹、生活用水足迹和生产用水足迹3个账户。其计算式为

EFw=Nefw=N·A=Nrw(W/Pw) 。

(1)

式中：EFw为水资源生态足迹(hm2)；efw与A为人均水资源生态足迹(hm2/人)；N为人口数；rw(rw=5.19[15])为水资源的全球均衡因子；Pw(Pw= 3 140 m3/hm2[16])为水资源全球平均生产能力(m3/hm2)(多年平均产水模数)；W为消耗的水资源量(m3)。

2.1.1 生态用水足迹

生态用水包括河道内外用水[17]，这里包括河湖补水、冲污水以及绿化清洗用水和农村生态补水，生态用水足迹计算式为

EFew=Nefew=N·Aew=Nrw(We/Pw) 。

(2)

式中：EFew为生态用水足迹(hm2)；efew与Aew为人均生态用水生态足迹(hm2/人)；We为生态用水量(m3)。

2.1.2 生活用水足迹

生活用水由城镇生活用水和农村生活用水构成。城镇生活用水由居民用水和公共用水组成，农村生活用水主要由居民生活用水组成。生活用水足迹计算式为

EFlw=Neflw=N·Alw=Nrw(Wl/Pw) 。

(3)

式中：EFlw为生活用水生态足迹(hm2)；eflw与Alw为人均生活用水生态足迹(hm2/人)；Wl为生活用水量(m3)。

2.1.3 生产用水足迹

生产用水主要包括农业用水、工业用水和三产用水。根据生产用水特点，主要计算农业用水、工业用水和三产用水。生产用水足迹计算式为

EFpw=Nefpwi=N·Apwi=Nrw(Wi/Pw) 。

(4)

其中，

efpwi=efw1+efw2+efw3。

(5)

式中：EFpw为生产用水生态足迹(hm2)；efpwi和Apwi为人均生产用水生态足迹(hm2/人)；Wi为生产用水量(m3)；efw1，efw2，efw3分别代表农业、工业和三产人均生产用水生态足迹。

2.2 水资源承载力

水资源承载力指在某一区域的具体发展时间段内，为该区域的经济、环境和社会发展提供最大的水资源可持续利用能力，反映水生态系统的供给状况。水资源承载力具有自然和社会双重属性，除了受地区降水量、自然因素的影响，还受到人类各种活动的影响，如生产、生活、社会经济结构和节水意识等。所以，一个国家和地区水资源开发应该控制在水资源总量30%～40%内，否则会引起生态系统恶化[16]，因此在计算时，要扣除水资源总量的60%用于维持生态健康水平。水资源承载力计算公式为

EC=N·G=0.4εrw(Q/Pw) 。

(6)

式中：EC为水资源承载力(hm2)；N为人口数；G为人均水资源承载力(hm2/人)；ε为区域水资源产量因子；Q为水资源产量(m3)。

2.3 水资源生态状况

ED为人均水资源生态盈余或生态赤字，即人均水资源生态足迹与人均水资源承载力的差值，是评价区域水资源是否可持续的重要指标。其计算式为

ED=G-A 。

(7)

其中，若A>G，表明人均水资源为生态赤字；若A

2.4 水资源生态压力指数模型

赵先贵等[17]首先提出了生态压力指数的概念。本研究将水资源生态压力指数细化为生态水资源压力指数、生活水资源压力指数、生产水资源压力指数，使其具有针对性和可操作性。当生态压力指数为0～1时，水资源利用处于安全状态；当生态压力指数>1时，则水资源利用处于危险状态；当生态压力指数=1时，处于平衡状态。水资源生态压力指数计算式为

EP=EFw/EC 。

(8)

生态水资源压力指数：生态用水足迹和生态承载力的比值。其计算式为

EPe=EFew/EC 。

(9)

生活水资源压力指数：生活用水足迹和生态承载力的比值。其计算式为

EPl=EFlw/EC 。

(10)

生产水资源压力指数：生产水足迹和生态承载力的比值。其计算式为

EPp=EFpw/EC 。

(11)

2.5 万元GDP水资源生态足迹

生态足迹与GDP的比值即为万元GDP水资源生态足迹，这一指标可以客观评价区域水资源的利用效率[18]。该数值越小，说明水资源利用效率越高，相反则效率越低。其计算式为

万元GDP水资源生态足迹=EFw/GDP。

(12)

表1 浙江省2006—2013年水资源生态足迹

Table 1 Water ecological footprint in Zhejiang Province from 2006 to 2013

年份生态足迹/(hm2·人-1)人均生产用水人均生态用水人均生活用水人均水资源水资源总量/108m3总人口/万人生态用水/108m3生活用水/108m3生产用水/108m320061．76990．03940．18761．9969903．59498011．8456．52533．2620071．68870．04130．19111．9211892．15506012．6458．51516．9720081．61810．06630．20031．8847855．23512020．5462．04501．2220091．90160．02410．20722．1329931．3551807．5564．94595．9420103．19090．08010．20443．47541397．61544226．3367．291050．5920111．32790．01380．20811．5498744．2154634．5668．80438．8820123．47590．01360．22043．70991444．7954774．5173．081151．8020131．88670．01560．22382．1261930．9054985．1774．43627．57

3 浙江省的实证研究

浙江省地处长江三角洲的中心地带，是东部沿海经济较发达的地区之一，与福建、安徽、江西、上海和江苏相邻。辖32市、58县，辖域10.8×104km2。地势西南高，东北低。属于亚热带季风气候，气温适中，四季分明，光照充足，雨量充沛。年平均气温为15～18 ℃，最高气温可达到43 ℃。降水量980～2 000 mm，光照时数1 710～2 100 h。综合农业区发达，是茶叶、水产品、柑橘、菌类等重要产地。

浙江省地形复杂，山地和丘陵占70.4%，平原和盆地占23.2%，河流和湖泊仅占6.4%，河流和湖泊所占面积比例较小，加强对水资源可持续利用分析很有必要。浙江省是一个人多地少的省份，人口增加使得水资源使用量也在增加，同时也存在着水资源浪费和水资源污染等问题。浙江省在2014年提出了“五水共治”决策，即治污水、防洪水、排涝水、保供水、抓节水这5项，利用生态足迹方法对浙江省2006—2013年水资源足迹和承载力进行分析，评价水资源的可持续发展状况，拟为水资源利用方面提供指导。

3.1 水资源足迹分析

浙江省2006—2013年平均水资源量为1 012.48亿m3，多年平均水资源生产能力9 374.81 m3/hm2，由参考文献[16]可知，全球单位面积产水量为3 140 m3/hm2，计算得浙江省的水资源产量因子ε为2.99，初步估计浙江省水资源承载力较大。

考虑水的特性和用水方式的不同，水资源生态足迹包括生态用水、生活用水和生产用水生态足迹[19]。原始数据来源于浙江省统计年鉴、浙江省水资源公报、浙江省国民经济与社会发展统计年鉴。

表1为浙江省2006—2013年水资源生态足迹。从表1可见，2006—2013年浙江省人均水资源生态足迹呈现波动上升的趋势，2012年生态足迹最高，达到3.709 9 hm2/人；2006—2008年，从1.996 9 hm2/人下降到1.884 7 hm2/人；2011年人均水资源生态足迹最小，这与水资源总量密切相关，2011年水资源总量仅744.21亿m3；2010年和2012年人均水资源生态足迹较大，也是水资源最多的2年，以上表明水资源生态足迹的大小与水资源总量密切相关。①生产用水足迹波动上升，2010年和2012年较高，说明浙江省生产用水在增加。浙江省是一个第三产业发展较快的省份，第三产业用水量较大。②2006—2013年生态用水足迹相对减少，一方面表明浙江治理河湖污水有成效，另一方面表明浙江省绿化用水较少，这与多雨天气和生态环境较好有关。③2006—2013年浙江省人口增长10%，通过计算可知人口数量和生活用水生态足迹显著正相关，R2为0.750 6，人口增加，人均生活用水生态足迹也呈现上升趋势(见图1)。人均生产用水足迹和

图1 浙江省人口数量与生活用水生态足迹关系Fig.1 Relationship between ecological footprint of domestic water consuntion and population in Zhejiang

人均生活用水足迹增加，人均生态用水足迹不断减少，所以要协调好生产用水、生态用水和生活用水三者之间的关系，特别是要节约生产用水。

表1还表明，在水资源生态足迹3个账户中，生产用水足迹占人均水资源生态足迹比例最大，基本在50%以上，生产用水量较多，所以在生产用水方面要采取相应的节水措施。在人均水资源生态足迹中，生态用水生态足迹最少，20%左右。生活用水生态足迹占30%左右，浙江省是人口流入大省，这要求浙江省既要控制好人口的增长，也要做好相应的节水措施，特别是生产用水和生活用水。

图2 人均水资源承载力变化Fig.2 Variation of per capita carrying capacity of water resource

图3 水资源承载力和水资源总量线性拟合图Fig.3 Linear fitting between carrying capacity and total water resources

3.2 水资源承载力分析

图2是水资源承载力变化图。由图2可知，2006—2013年浙江省水资源承载力变化较大，2009—2013年波动最大，最高为2012年，达到5.214 7 hm2/人；最低年份是2011年，为2.693 hm2/人；2006—2010年水资源承载力波动较小，水资源承载力与水资源总量的多少相关。

图3为水资源承载力和水资源总量线性拟合图。采用线性拟合方法对人均水资源承载力和水资源总量进行拟合，水资源总量多时，承载力大，相反则小。由图3可得R2达到0.980 7，水资源承载力与水资源总量密切相关，结果与刘汉生等[19]的研究一致，2012年水资源量最多，为1 444.79亿m3，人均水资源承载力也最大，为5.214 7 hm2/人；水资源量最低年份是2011年，为744.21亿m3，人均水资源承载力为2.693 hm2/人。

3.3 水资源压力指数分析

表2为浙江省水资源动态分析数据。从表2可知，2006—2013年浙江省水资源属于生态盈余状况，人均水资源生态承载力大于人均水资源生态足迹，最大盈余是2012年的1.504 8 hm2/人，水资源总量最多，为1 444.79亿m3；最小盈余是2011年的1.143 2 hm2/人，水资源量最少，为744.21亿m3。这说明，浙江省水资源出现盈余也和水资源总量有关，水资源供给量远远大于水资源使用量。

表2 浙江省水资源动态分析数据

Table 2 Dynamic analysis data of water resource in Zhejiang

年份生态水资源压力指数生活水资源压力指数生产水资源压力指数生态盈余(赤字)/(hm2·人-1)万元GDP/(hm2·人-1)20060．01100．05230．49341．58996．354320070．01180．05480．48451．56435．215620080．02010．06070．49001．41739．632620090．00680．05830．53501．42134．838920100．01580．04030．62851．60156．946120110．00510．07730．49311．14322．645820120．00260．04230．66661．50485．871820130．00470．06690．56371．22103．1113

图4为水资源压力指数变化图。由图4可知，生态水资源压力指数、生活水资源压力指数和生产水资源压力指数都在0～1之间，反映浙江水资源处于可持续利用状态。但是生产用水存在较大波动，而且压力指数远远高于其他2个，生产水资源压力指数最小为0.484 5， 最大达到0.666 6，将要进入危险状态，所以要节约生产用水，提高利用率。生态水资源压力指数最小，呈现下降的趋势，一方面表明浙江省生态自然环境优越，另一方面表明浙江省注重生态环境保护。生活水资源压力指数呈现波动上升的趋势，生活用水量较大，所以城镇和农村居民要节约用水，提高节水意识，防止压力指数进一步上升，特别在全球变暖和经济发展对水资源需求加大的背景下。

图4 水资源压力指数变化Fig.4 Variations of stress indexes of water resource

3.4 万元GDP水资源生态足迹分析

万元GDP水资源生态足迹是评价水资源利用效率的重要指标，可以为水资源的可持续利用提供重要参考。

图5 浙江省万元GDP水资源生态足迹变化Fig.5 Variation of water eco-logical footprint per ten thou-sand Yuan GDP in Zhejiang

图5为浙江省万元GDP水资源生态足迹变化图。从图5可以看出2006—2013年，浙江省万元GDP水资源生态足迹呈现波动下降的趋势，但是总体上处于较高的状态，与武汉市相比，远远大于武汉市万元GDP水资源生态足迹[19]，这表明浙江省水资源可持续利用的空间大。其中2008—2009年下降幅度最大，下降50%左右。最近2年也呈现下降的趋势，说明最近2年浙江省水资源利用率提高，有利于实现“五水共治”。由于水资源量、利用情况和节水意识的差异，总体上看水资源利用状况不太稳定。但总体上表明，浙江省水资源利用率逐步提高，可见浙江省逐步重视水资源的重复利用率。

4 结论与建议

(1) 2006—2013年浙江省人均水资源生态足迹处于波动上升的趋势，最高达到3.475 4 hm2/人，最低为1.549 8 hm2/人。其中生产用水生态足迹和生活用水生态足迹较大，占人均水资源生态足迹的80%左右，使得生态用水生态足迹相对较小，这对于城市生态环境的改善不利。在生产和生活中，要提高节水意识，增加生态用水的使用量。

(2) 2006—2013年浙江省人均水资源承载力较高，这与水资源总量密切相关。水资源总量的多少是水资源承载力高低的前提，浙江省降水较多，但可利用的水资源量却有限，仍要提高水资源量利用率。

(3) 2006—2013年浙江省水资源处于生态盈余状态，一方面与降水量的多少有关，水资源总量越大，盈余量越大；另一方面由于浙江省提高可利用水资源量。生产水资源压力指数变幅最大，可能与第三产业发达有关，虽处于0～1之间，但是最高指数达到0.666 6。生态水资源压力指数最小，基本不会出现生态赤字。生活水资源压力指数与人口的多少密切相关，控制人口的大量流入或者提高居民节水意识是降低生活水资源压力指数的主要途径。

(4) 万元GDP水资源生态足迹表明，浙江的水资源利用率较低，特别是在水资源重复利用方面，水资源的可持续利用空间较大。

鉴于统计数据有限，不能对浙江省2014年和2015年的水资源利用进行分析。以上分析可以表明，浙江省水资源利用潜力较大，“五水共治”在未来几年会取得较好的效果，将满足生态省的建设要求。

[1] 王 煌,杨立彬,张新海,等.西北地区水资源承载能力研究[J].水科学进展,2001,12(4):523-529.

[2] 王忠静.干旱区内陆河区水资源承载能力与可持续利用研究[D].北京:清华大学,1998.

[3] 陈 凯,李就好,李永刚,等.汕头市水资源承载力评价研究[J].长江科学院院报,2012,29(7):21-26.

[4] 曹永强,马 静.水足迹在河北省水资源管理中的实证研究[J].长江科学院院报,2011,28(8):18-21.

[5] 尹 璇,倪晋仁,毛小苓.生态足迹研究述评[J].中国人口·资源与环境,2004,14(5):45-52.

[6] 陈仕军,谢 辉,梁 川,等.重庆市万州区经济社会可持续发展的生态足迹分析[J].长江科学院院报,2011,28(9):6-13.

[7] 曹永强,张伟娜,张 林,等.水库对河流生态系统服务功能影响的生态足迹评价研究[J].长江科学院院报,2010,27(8):16-19.

[8] TORRAS M. An Ecological Footprint Approach to External Debt Relief[J].World Development,2003,31 (12):2161-2171.

[9] HOLDEN E， HOYER K G.The Ecological Footprint of Fuels[J].Transportation Research Part D:Transport and Environment,2005,10(5):395-403.

[10]宋豫秦,王群超.基于能值生态足迹的浙江省可持续发展分析[J].长江流域资源与环境,2011,20(11):1285-1290.

[11]胡孙坝,胡丕勇.基于生态足迹的浙江省土地人口承载力研究[J].经济论坛,2012,(7):20-23.

[12]傅素英,张宇萌,曹晶晶.基于生态足迹考察的浙江省休闲农业可持续发展测评[J].宁波大学学报(人文科学版),2013,26(6):101-105.

[13]童亿勤,劳雅婷.浙江省本地生态足迹时间序列研究[J].农业系统科学与综合研究,2009,25(2):188-191.

[14]WACKEMAGEL M, SCHULZ N B,DEUMING D,etal.Track the Ecological Overshoot of the Human Economy[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2002,99(14):9266-9271.

[15]黄林楠,张伟新,姜翠玲,等.水资源生态足迹计算方法[J].生态学报,2008,28(3):1279-1286.

[16]张 岳.中国水资源与可持续发展[M].南宁:广西科学技术出版社,2000.

[17]赵先贵,马彩虹,高利峰,等.基于生态压力指数的不同尺度区域生态安全评价[J].中国生态农业学报,2007,15(6):135-138.

[18]谭秀娟,郑钦玉.我国水资源生态足迹分析与预测[J].生态学报,2009,29(7):3559-3568.

[19]刘汉生，王 晖，张 婷，等.武汉市水资源生态足迹动态分析[J].浙江农业科学，2010，56(4)：514-518.

(编辑：罗 娟)

Sustainable Utilization of Water Resources in Zhejiang ProvinceBased on Ecological Footprint Analysis

LI Yun-jie, LÜ Hui-jin, BU Peng

(College of Geography and Environmental Sciences ,Zhejiang Normal University,Jinhua 321004，China)

“A total of five waters treatment” was put forward in 2014 in Zhejiang province, and 2015 is an important year for the strategy.Zhejiang Province advocates the construction of an ecological province, and so the sustainable utilization of water resource is an important issue to be considered at this stage and the dynamic analysis of water resource can present its utilization actuality. Based on ecological footprint method, the analysis of ecological footprint, ecological carrying capacity and the dynamic change of water resources may provide references for water resources utilization, management and planning in Zhejiang Province.The results show that water ecological footprint in Zhejiang Province changed frequently from 2006 to 2013; the ecological carrying capacity of water was larger than the ecological footprint, giving rise to ecological surplus of water; the ecological pressure index of water ranged from 0 to 1, indicating a higher safe factor; water ecological footprint per ten-thousand-yuan GDP was also higher,which proved that water resources in Zhejiang Province was unsustaintable.

ecological footprint of water resources; carring capacity of water resources; dynamic analysis; Zhejiang Province;ecological pressure index

2015-09-11;

2015-10-25

李允洁(1988-)，女，安徽泗县人，硕士研究生，研究方向为水资源与水环境评价，(电话)15268636531(电子信箱)1326337813@qq.com。

吕惠进(1958-)，男，浙江缙云人，教授，博士，硕士生导师，研究方向为资源开发与评价，(电话)13957966802(电子信箱)lhj@zjnu.cn。

10.11988/ckyyb.20150774

2016,33(12):22-26，32

X826

A

1001-5485(2016)12-0022-05