城市水生态足迹模型的研究

摘 要：生态足迹模型是一种来评价可持续发展与利用的较好的方法，但在生态足迹模型中仅仅以渔业来评价水资源的使用，忽略了其他的功能。在分析生态足迹模型的基础，根据水生态在城市生态系统中的应用，在生态足迹理论框架下，建立了水生态足迹帐户。按照不同的应用特点，对水生态足迹进行细化。

关键词：水生态足迹；生态足迹；可持续发展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.199

生态足迹理论是一种用来评价可持续发展的量化方法，目前随着对可持续发展研究的深入，生态足迹理论成为国内研究的热点。生态足迹模型由加拿大学者Wackernagle和Rees1997年提出的，目前已广泛应用于对资源消费和承载力评估方面[1]。在Wackernagle建立的生态足迹模型中，六类账户均基于“生物生产“这个概念定义的，水域作为第六类帐户生产功能仅仅以渔业生产来概括，这是不完善的。本文旨在生态足迹模型的基础之上，对其生物生产性土地进行扩充，补充生态足迹理论关于水生态足迹的不足，进一步对生态足迹理论进行完善，以便更科学地评价社会环境与经济的可持续发展。

1 研究方法

1.1 城市水生态足迹的内涵

城市水生态足迹以人类生产生活用水和城市最小生态需水量为出发点，用以评价维持城市人类社会经济活动和城市内生命支持系统基本生态服务功能的水量与本地可更新水资源供给能力之间的差距[2]，以便估算流域或区域水代谢强度。将城市所使用的水生态足迹同城市可更新水资源供给能力相比较就会产生生态赤字或生态盈余。生态赤字表明该地区的水资源量超过了其水生态容量，城市水资源利用处于一种不健康的模式。如果基于生态服务功能的水量出现了赤字，则表明水生态足迹必出现赤字[3]。生态盈余则表明城市的水资源利用处于相对健康的模式。国内已有一些专家学者开始城市水生态足迹进行研究[4]。

1.2 生态足迹模型

生态足迹定义为：任何已知人口（某个个人、一个城市或一个国家）的生态足迹为生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产面积[5]。生态足迹的一般计算模型为：

其中，i为消费商品或生产生物的类型；cci为第i种消费商品的生产足迹；aci为第i种消费商品的消费总量；pi为第i种商品的生物生产单位面积产量；wi为第i种消费品或生物资源土地类型生产力权值；EF为某一地区的生态足迹总量。

1.3 生态承载力与水生态承载力

生态承载力可以看成是承载力在生态学中的应用。其概念可以分成狭义和广义两种。广义的是指保持原有结构和稳定性前提下，生态系统对干扰的承受能力。包括自然和人类两种干扰。而狭义的生态承载力主要指生态系统对人类活动干扰的承受能力。而水生态承载力是指水生态系统对人类的生产生活等活动的承受力。城市水生态系统承载力是将这一地区地表水、地下水及回用污水扣除重复计算量即是该地区的水资源总量。有些专家研究认为一个国家或地区的水资源开发利用超过30%-40%[6]，则可能引起生态环境的恶化。这种计算承载力的方法太过“消极”[7]。本文按世界环境与发展委员会的报告《我们共同的未来》建议，生态供给中扣除12%的生物生产土地面积用以保护生物多样性。

水生态承载力计算公式如下：

其中，N为人口数，rj为水资源全球均衡因子，Wt为该地区水资源总量，pi为水域平均产水量， 为水资源用地产量因子。

2 水生态足迹计算模型账户建立及计算模型

水生态足迹通常可以划分为：淡水生态足迹（包括生活用水和生产用水） 、水产品生态足迹、水污染生态足迹[8]。根据生态足迹的描述，水生态足迹将和其他的各个帐户一样，将消耗的水资源量转换成相应的可相互比较的水生态用地面积。根據生态足迹法建立水生态足迹账户，将水生态足迹账户划分为水产品生态足迹、淡水生态足迹和水污染生态足迹三个部分。

2.1 水产品生态足迹

在生态足迹模型中，被定义的水资源用地面积的衡量仅仅以水产品-渔业这一单一的指标作为评价。被细化后的水生态足迹模型中，水产品作为其中的一个账户，计算公式如下：

式中： 为总的水产品生态足迹；为人均水产品生态足迹； N 为总人口； Ci 为水产品人均消费量；为区域平均水域面积生产能力； 指生态生产性土地类型中的水域；为均衡因子。

2.2 淡水生态足迹的计算公式

淡水生态足迹包括生产、生活和生态用水三个方面。城市淡水生态足迹不仅包括居民的直接生活用水还包括用于经济生产活动所消耗的淡水资源。城市淡水水生态足迹的计算公式如下：

其中，为淡水生态足迹，为总人口数，为均衡因子。为区域平均水域面积生产能力；

其中，为城市生态用水，为人类生活用水量，为城市生产用水。生活用水包括城镇居民生活用水和农村居民生活用水。生产用水包括第一产业用水含农业、林业、畜牧业用水、鱼塘补水和农村牲畜用水，第二产业用水含工业用水和建筑业用水、第三产业用水含商饮业用水和服务业用水，生态环境用水分河道内外用水，河道外用水包括城市环境用水和湿地补水等，河道内用水为改善江河湖泊水环境进行的调配水量等。

2.3 污染物稀释净化用水足迹

污染物净化用水足迹指的是消纳城市生产过程中产生的超出城市水体承受能力的污染物而不断对水资源的需求过程。为提高河湖稀释净化污染物的功能，使水质达到用水的最高标准，需人工补充额外的清洁水。鉴于这部分资料统计数据的缺失，因此对水污染生态足迹进行准确的衡量具有很大的不确定性，本文不予讨论。

3 主要参数估计

3.1 水资源均衡因子r

在生态足迹模型中，由于各类生物生产性土地单位面积生产力差异较大，为了使计算结果转化为一个可以比较的标准，给各类生物生产面积乘以一个等价因子，以转化为可以相互比较的生物生产性面积。

假定全球水资源产量因子为1，则区域水资源产量因子r为该区域水资源平均生产能力与全球水资源平均生产能力的比值，本文取黄林楠等根据WWF2002 计算的水资源均衡因子作为计算值。

水域1为渔业 水域2为水资源均衡因子。

3.2 平均生产能力

在水文学中，平均产水模数的概念为计算时段内为地表水资源量与地下水资源量中扣除重复计算量除以计算区域的面积，公式如下：

式中，V 为计算时段内区域的水资源总量（m3 ） ； S 为计算区域的面积（ hm2 ） ； p为计算时段内的平均产水模数（m3·hm- 2 ） 。据世界资源研究资料，世界每年再生性水资源总量约42 ×104亿m3 ，但专家们认为其中稳定径流量只有14 ×104亿m3 ，而5×104亿m3流经沙漠无法利用，因此实际可以利用的河川径流量为9 ×104亿m3 ，其中还必须要有充足的水量留在江河湖泊中保持健康的生态系统，因此每年实际可供开发利用的水资源量仅仅只有3.24 ×104亿m3。

3.3 水资源产量因子

在生态足迹模型中，通过用产量因子参数的计算方法，将不同类型生物生产性土地转化成可以相互比较的土地面积。水资源产量因子是根据全球水资源平均生产能力确定的。

计算公式如下：

其中，为水资源产量因子，V为研究区域单位面积产水量，Vg为全球单位面积产水量。将全球水资源产量因子假设为1，按所研究区域的水资源产量确定该地区水资源产量因子。

4 结语

通过对水生态足迹模型研究，可以度量人口对水生态的利用情况。根據计算数据区域水生态足迹如果超出所能提供的水生态承载力，就出现生态赤字，如果小于区域的水生态承载力，则表现生态盈余。我们通过水生态足迹分析的指标可以衡量该区域的可持续性程度，从空间、时间二维的可持续性程度做出度量和比较，使人们能明确知晓现实距离可持续性目标尚有多远，从而有助于确定和监测可持续方案实施的效果。

参考文献：

[1]董泽琴，孙铁珩.生态足迹研究-辽宁省生态足迹计算分析[J].生态学，2004，24（12）：2735-2739.

[2]姜翠玲，范晓秋.城市生态环境需水量的计算方法[J].河海大学学报（自然科学版），2004，32（01）：14-17.

[3]刘鑫，雷宏军等.基于生态需水量的城市水生态足迹的研究[J].人民黄河，2008，30（06）：41-43.

[4]周文华，张克锋，王如松.城市水生态足迹研究———以北京市为例[J].环境科学学报，2006，26（09）：1524-1531.

[5]徐中民，陈东景，张志强.中国1999年生态足迹分析[J].土壤学报，2002，39（03）：441-4455.

[6]金书秦，王军霞，宋国军.生态足迹法研究述评[J].环境与可持续发展，2009（04）：26-28.

[7]吴志峰，胡永红，李定强等.城市水生态足迹变化分析与模拟[J].资源科学，2006，28（05）：152-156.

[8]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（03）：1279-1285.

作者简介：刘翠翠（1983-），女，辽宁锦州人，硕士研究生，初级实验师，主要研究方向：实验室管理及仪器分析教学方向。