基于改进生态足迹的朝阳市水资源可持续利用研究

于航++何俊仕

摘要：分析了传统水资源生态足迹模型的不足，引入水资源可持续利用指数对模型进行改进，计算辽宁省朝阳市2010-2013年水资源生态足迹、水生态承载力、水生态盈亏、万元GDP水生态足迹、水资源生态压力指数、水资源可持续利用指数，并分析朝阳市2010-2013年水资源生态足迹变化及水资源可持续利用情况。结果表明，朝阳市2010-2013年平均人均水资源生态足迹为0.267 2 hm2，平均人均水资源生态承载力为0.062 5 hm2，平均人均水资源生态赤字为0.204 7 hm2，平均万元GDP水生态足迹为0.109 0 hm2，平均水资源压力指数为4.33，平均水资源可持续利用指数为0.19，水资源利用处于不可持续状态。

关键词：水资源；生态足迹：生态承载力：可持续利用；生态压力；朝阳市

中图分类号：TV213 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）05-0841-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.05.011

Study on Sustainable Utilization of Water Resources in Chaoyang City Based on Improved Ecological Footprint

YU Hang， HE Jun-shi

（College of Water Conservancy， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Abstract：The traditional water resources ecological footprint model was analyzed， and the model was improved by introducing the water resources sustainable utilization index. Water resources ecological footprint， water ecological carrying capacity，water ecological profit and loss， ten thousand yuan GDP water ecological footprint，water resources ecological pressure index，water resources sustainable utilization index of Chaoyang city during 2010 to 2013 were calculated， and the change of ecological footprint and the sustainable utilization of water resources in Chaoyang city during 2010 to 2013 were also analyzed. The results showed that，during 2010 to 2013， per capita water resources ecological footprint of Chaoyang city was 0.267 2 hm2 per capita， water resources ecological carrying capacity was 0.062 5 hm2 per capita，water resources ecological deficit was 0.204 7 hm2， the average million GDP water ecological footprint was 0.109 0 hm2， mean water pressure index was 4.33， and the sustainable utilization index of water resources was 0.19，it indicated that the utilization of water resources was unsustainable.

Key words： water resources； ecological footprint； ecological carrying capacity； sustainable utilization； ecological pressure； Chaoyang city

随着社会经济的发展，水资源的需求量不断增大，水资源的可持续利用受到影响，生态足迹法是由William Rees在20世纪90年代提出的，该方法通过估算维持人类的自然资源消费量和同化人类产生的废弃物所需要的生态生产性空间面积大小，并与给定人口区域的生态承载力进行比较，来衡量区域的可持续发展状况[1]。经过不断的完善，生态足迹法被应用于多个领域，已经成为评价可持续发展状况最常用的方法。黄林楠等[2]针对生态足迹模型的不足，在模型中设立水资源账户，建立了水资源生态足迹和水资源生态承载力计算模型，并以江苏省为例进行了分析。王俭等[3]以城市为研究对象，用水資源生态足迹模型分析了水资源的可持续利用状况。张军等[4]利用生态足迹法研究了疏勒河流域的水资源承载力。张义等[5]针对传统水资源生态足迹模型的不足，考虑到水环境净化的功能，对模型进行改进，并应用于广西。传统的水资源生态足迹模型中的生态赤字仅能说明地区是否可持续，但是无法准确地描述水资源可持续发展的能力。可持续发展指数可以有效地确定区域水资源可持续能力的大小，将可持续发展指数分为若干等级，更能清楚地体现水资源的可持续利用程度。本研究在传统水资源生态足迹模型的基础上，引入了水资源可持续利用指数，以辽宁省朝阳市为例，计算分析了朝阳市2010-2013年的水资源生态足迹，并以水生态赤字、万元GDP水生态足迹、水资源生态压力指数、水资源可持续指数4个评价指标对朝阳市水资源可持续利用状况进行了评价，其结果可为朝阳市水资源的管理提供依据，同时可为其他干旱半干旱地区的水资源可持续利用评价提供参考。

1 研究区域概况与方法

1.1 研究区域概况

朝陽市位于辽宁省西部，属干旱半干旱地区，位于东经118°50′-121°20′、北纬40°35′-42°20′之间，东部靠近辽宁中部城市群，南临渤海，西接京、津、唐经济圈，北靠内蒙古腹地。行政区面积约为19 736 km2，根据朝阳市特点，将朝阳市分为5个行政区，分别为朝阳市（包含双塔区、龙城区、开发区和朝阳县）、北票市、喀左县、凌源市、建平县。市内主要有大凌河、小凌河、青龙河、老哈河4条河流，降雨主要集中在6-8月，多年平均水资源总量14.92亿m3，属于资源型缺水地区，朝阳市的用水主要为地下水，随着社会经济的发展，朝阳市的需水量不断增加，导致水资源供需矛盾趋势加重、地下水超采、水环境恶化等问题。

1.2 研究方法

1.2.1 水资源生态足迹模型

1）水资源生态足迹。

水资源生态足迹就是指在人类生产生活与维持自然生态发展的过程中，将消耗的水资源量转化为相应帐户的水资源用地面积，计算公式为：

EF=N×ef=γw×V/Pw

式中，EF为水资源生态足迹，N为地区人口数，ef为人均水资源生态足迹，γw为水资源全球均衡因子，V为地区的用水量，Pw为全球水资源平均生产能力。

2）水生态承载力。

水生态承载力指一定时期区域水资源开发利用对经济-社会-生态系统发展的支撑能力，计算公式为：

EC=N×ec=（1-60%）×ψ×γw×Q/Pw

式中，EC为水资源生态承载力，ec为人均水资源生态承载力，ψ为地区水资源产量因子，Q为地区水资源总量，其他符号意义同上。由于水资源承载力中至少扣除60%用于维持生态环境，在水资源承载力的计算中必须按上述原则扣除维持生态环境的水资源量[6]。

1.2.2 水资源可持续利用评价指标

1）水生态赤字。

水生态赤字是水资源生态足迹同水资源承载力的差值，能够评价水资源利用是否超出水资源的承载力，其计算公式为：

e=EF-EC=N×（ef-ec）

式中，e为水生态赤字。当e>0时，说明此时地区处于水资源生态赤字状态，地区对水资源的利用程度已经超出了承载能力，说明水资源处于不可持续状态；e=0时，说明此时处于水资源生态平衡状态；e<0时，说明此时处于水资源生态盈余状态，地区的水资源量足够支持经济的发展，有利于水资源的可持续发展。

2）万元GDP水生态足迹。

万元GDP水生态足迹能够反映出水资源的利用效率，通常用地区的水生态足迹和万元GDP的比值来表示，其计算公式为：

W=EF/GDP

式中，W为万元GDP水生态足迹，W的值越小，说明水资源的利用效率越高。

3）水资源生态压力指数。

水资源压力指数是为了衡量用水压力强度的大小，并将其定义为某一区域人均水资源足迹与人均水资源生态承载力的比值，计算公式为：

EPI=ef/ec

式中，EPI为水资源生态压力指数，当EPI<0.5时，说明此时水资源的开发利用处于安全状态；当0.5≤EPI<0.8时，为较安全状态；当0.8≤EPI≤1时，为临界状态；当EPI>1时，为不安全状态。

4）水资源可持续利用指数。

水资源可持续利用指数是指一定时期某区域可持续供给的水资源总量满足该区域人类社会经济活动对水资源的需要程度，以此来评价区域水资源可持续发展利用程度，计算公式为：

Wst=EC/（EF+EC）

式中，Wst表示水资源可持续利用指数，其值越大，说明水资源的可持续利用程度越高，当Wst为0.5时，说明水资源利用处于临界状态，不同的水资源利用程度划分见表1。

2 结果与分析

通过朝阳市统计年鉴（2010-2013年）可以得到地区人口数（N）和GDP产值；通过朝阳市水资源公报（2010-2013年）可以得到地区的用水量（V）、地区水资源总量（Q）；全球水资源平均生产能力（Pw）取 3 140 m3/hm2，水资源全球均衡因子（γw）取5.19[7]，地区水资源产量因子（ψ）可以根据地区多年平均水资源生产能力同全球平均水资源生产能力的比值来确定。计算公式为：

ψ=P平/Pw=（Q平/S）/Pw

式中，P平为朝阳市多年平均水资源生产能力，Q平为朝阳市多年年平均水资源量，S为朝阳市面积。通过计算，得到朝阳市的ψ为0.25。

根据水资源生态足迹的内涵以及用水部门的特点，将水资源账户分为3个二级账户，分别为生活、生产、生态；生产水生态足迹又可以分为3个三级账户，分别为第一产业、第二产业、第三产业。经过计算，得到朝阳市2010-2013年生态足迹，结果见表2、表3。

从表3可以看出，朝阳市水资源生态足迹总体上为增加趋势，由2010年的89.65万hm2上升到2013年的89.84万hm2，增加了0.21%，人均水资源生态足迹增加了0.11%。第一产业用水生态足迹占的比例较大，占水资源生态足迹的53.39%～60.54%，呈先减小后增加的趋势；生活用水生态足迹所占比例为15.87%～17.93%，为先增加后减小趋势；第二产业水资源生态足迹所占比例为17.02%～21.35%，呈先增加后减小趋势；第三产业水资源生态足迹所占比例为4.54%～7.18%，呈缓慢增加趋势；生态环境用水生态足迹所占比例为0.29%～2.11%，呈先减小后增加趋势。从总体上看，生活用水生态足迹所占的比例由2010年的16.27%下降到2013年的15.87%，变化不明显，主要是由于人口浮动导致的；第一产业用水生态足迹由2010年的60.53%下降到2013年的56.68%，主要是由于灌溉方式的改进，农业节水的提高；第二产业用水生态足迹由2010年的17.02%上升到2013年的18.13%，第三产业用水生态足迹由2010年的4.53%上升到2013年的7.18%，说明朝阳市正处于产业转型阶段，农业逐渐向工业以及第三产业转型；生态环境用水生态足迹由2010年的1.62%上升到2013年的2.11%，说明朝阳市的生态环境用水量增加，朝阳市提高了生态环境保护的力度，但所占比例仍旧较小。从水资源生态承载力的变化可以看出，水资源生态承载力浮动不大，其变化是与水资源的变化量相关的，朝阳市2010-2013年平均人均水资源生态承载力为0.062 5 hm2/人。

从水资源人均生态赤字可以看出，朝陽市的人均水资源生态承载力小于人均水资源生态足迹，2010-2013年平均人均水资源生态赤字为0.204 7 hm2/人，不利于朝阳市的水资源可持续发展。从万元GDP水生态足迹的变化可以看出，万元GDP水生态足迹呈下降趋势，由2010年的0.132 7 hm2下降到0.089 6 hm2，年均降幅为16.29%，说明朝阳市水资源的利用效率越来越高，主要是因为产业结构的调整和技术水平的提高，耗水量大且利用率较低的农业GDP比重由2010年的43%下降到2013年的41%，灌溉方式和节水水平的提高降低了万元GDP的用水量，减少了水资源的消耗量，从而提高了水资源的利用效率。从朝阳市的水资源生态压力指数可以看出，朝阳市2010-2013年水资源生态压力指数均大于1，平均值为4.33，说明朝阳市水资源开发利用处于不安全状态。从朝阳市水资源可持续利用指数可以看出，2010-2013年朝阳市水资源可持续利用指数为0.19，小于水资源可持续利用临界值0.5，按照可持续等级的划分，朝阳市水资源处于强不可持续状态。

3 结论

水资源生态足迹可以清晰地看出水资源的可持续发展状况，从而为水资源可持续利用与管理提供依据，通过建立水资源生态足迹模型对朝阳市2010-2013年水生态足迹、水生态承载力、水资源生态盈亏、万元GDP生态足迹和水资源生态压力进行分析，结果表明，朝阳市平均人均水资源生态足迹为0.267 2 hm2，平均人均水资源生态承载力为0.062 5 hm2，平均人均水资源生态赤字为0.204 7 hm2，平均万元GDP水生态足迹为0.109 0 hm2，平均水资源压力指数为4.33，平均水资源可持续利用指数为0.19，虽然水资源利用的效率在逐年提高，但水资源压力仍比较大，水资源供需矛盾突出，水资源利用处于不可持续状态。

为了实现朝阳市水资源的可持续利用，应采取一定措施提高朝阳市的水资源生态承载力，例如进行跨流域调水，开发利用非常规水源等方法来解决水资源短缺的问题。同时，还应该加强水资源的管理，完善水资源控制“三条红线”管理体系，从而降低水资源生态足迹。

参考文献：

[1] 刘宇辉.基于生态足迹模型的经济-生态协调度评估[M].北京：中国环境科学出版社，2009.

[2] 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.

[3] 王 俭，张朝星，于英谭，等.城市水资源生态足迹核算模型及应用——以沈阳市为例[J].应用生态学报，2012，23（8）：2257-2262.

[4] 张 军，张仁陟，周冬梅.基于生态足迹法的疏勒河流域水资源承载力评价[J].草业学报，2012，21（4）：267-274.

[5] 张 义，张合平，李丰生，等.基于改进模型的广西水资源生态足迹动态分析[J].资源科学，2013，35（8）：1601-1610.

[6] 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.

[7] 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.