辽宁省水资源可持续利用分析与评价

栾 城

(北票市水务事务服务中心,辽宁 北票 122100)

水资源是关乎国家安全和经济可持续发展的基础性资源,加强水生态保护实现其可持续发展已迫在眉睫,所以计算水生态承载力及其生态足迹具有重要意义。1992年Rees WE等提出了生态足迹概念,通过测算生物生产性土地面积定量分析区域可持续发展状态以及资源利用程度,可以直观地比较和测量自然生态系统承载力之间的差距及人类经济系统的需求[1]。目前,我国许多学者利用生态足迹广泛探究了不同地区的水资源利用状况,如刘玉邦等以成都市为例,运用水生态足迹和LMDI分解法分析了2000—2016年其水生态足迹变化及影响因素;王文国等采用生态足迹模型分析了2001—2009年四川省水生态承载力和生态足迹;位帅等利用可持续利用评价法和水生态足迹分析2000—2017年城市水资源数据,结果显示节水工作有利于促进区域水资源合理利用;樊丞越采用指数平滑法与水生态足迹模型,测算了杭州市河口地区2020—2025年水生态足迹;曹坤等利用支持向量机SVR预测了2014—2016年上海市水生态足迹;谭秀娟等应用水生态承载力和水生态足迹模型客观评价了我国水资源可持续利用水平,采用ARIMA模型深入探究了水生态足迹变化态势;朱高立等综合利用灰色预测模型和水生态足迹模型分析了2005—2018年盐城市生态系统状况[2-8]。鉴于此,文章结合相关研究成果,从时间与空间上利用水生态足迹盈亏模型、用水效率模型分析2019年14个地级市和2008—2020年全省水资源利用情况,旨在为区域水资源合理配置以及可持续利用提供决策依据。

1 数据与方法

1.1 水生态盈亏模型

水生态赤字或盈亏能够直观地反映区域水资源可持续利用状态,实质上就是比较水生态承载力ECw与水生态足迹EFw之间的关系,其表达式为[9]:

EDw=EFw-ECw

(1)

式中:EDw>0为水生态赤字,说明水资源供给不足以支撑各行业消费,为维持社会经济发展需要牺牲生态环境或区域外调水补给;EDw<0代表水生态盈余,说明现有水资源能够支撑进一步发展和生态环境良好,可以维持可持续利用状态;EDw=0代表水生态平衡,水资源处于临界状态。因此,为获取计算结果,需要确定水生态承载力ECw与水生态足迹EFw。

1)水生态足迹EFw。水生态足迹就是利用水资源用地面积替代消耗的水资源量,通过均衡化处理获取适用于不同地区相互比较的均衡值,计算公式为:

EFw=efw·N=aw·(W/V)

(2)

式中:efw、N为水生态足迹,hm2·人-1和区域人口数;aw、V为水资源的世界均衡因子和平均生产能力,m3·hm-2;W为研究期间所消耗的水资源,m3。由于统一标准和计算水资源世界均衡因子aw难度较大,故均衡因子计算值直接利用黄林楠等[10]核算结果。

2)水生态承载力ECw。为维持区域生态环境必须扣除至少60%的水资源承载力,参照该原则,本研究将扣除维持生态环境的水资源量作为水生态承载力,具体如下:

ECw=ecw·N=(1-60%)·aw·r·(Q/V)

(3)

式中:ecw、N为水生态承载力,hm2·人-1和区域人口数;r、Q为水资源产量因子和研究期间水资源总量,m3。实际计算时r取1,产量因子就等于该地区与世界平均生产能力之比。为保证计算精度并简化运算流程,我国平均水资源承载力用中间量V′来表征,依据辽宁省在中国的水资源产量因子确定其在世界范围的产量因子,计算公式为:

r=V′/V=r′·r″

(4)

式中:r′、r″为研究区在中国范围内和中国在世界上的水资源产量因子,在r′计算过程中设定全国产量因子为1;V′、V为研究区和世界的水资源生产力,m3·hm-2,采用下式计算水资源生产力:

V=Q/S

(5)

式中:Q、S为研究期间计算区域的水资源总量,m3/hm2。

1.2 用水效率计算方法

为计算分析区域水资源利用效率,将反映经济发展状况的国内生产总值与水生态足迹相结合引入万元GDP水生态足迹EFw′指标[11-12],计算公式为:

(6)

式中:EFw′为指标值越大表示万元GDP所引起的水生态足迹越高,区域用水效率越低,反之则越高。

1.3 数据来源

研究数据来源于2008—2020年中国统计年鉴、辽宁省统计年鉴以及水资源公报等,由于部分生态用水数据缺失,在计算时段内生态用水占总水量比例一般≤5%,故不考虑总足迹受生态用水足迹的影响,将水资源账户总体细分成生活、工业和农业用水足迹。根据2019年统计数据和有关公式,计算全省水资源生产力为2052.7m3·/hm2,水资源产量因子为0.600,在全国范围内均处于较低水平[13-14]。

2 结果与分析

2.1 水生态盈亏与用水效率时间变化

1)2008—2020年全省水资源账户。2008—2020年水生态赤字变化如图1所示。

图1 2008—2020年水生态赤字变化

由图1可知,2008—2020年研究区水生态足迹表现出先减小后增加再减小的变化趋势,总体围绕0.52hm2/人上下波动,变化比较稳定;另外,水生态承载力与水生态足迹存在较大差异,研究期间呈明显变化趋势,说明研究区水资源短缺,水生态赤字变化主要受水生态承载力控制;除2018年水生态足迹低于水生态承载力呈生态盈余外,其它时段均呈现生态赤字,表明辽宁省水资源供给不足以支撑生产生活水资源消费,为满足区域水资源利用需要更大的生态空间。

2008—2020年水生态足迹占比构成如图2所示。

图2 2008—2020年水生态足迹占比构成

从图2可以看出,2008—2020年辽宁省农业用水账户占水生态足迹均处于60%以上,说明农田灌溉是用水大户,2015—2018年农业用水足迹占比逐渐下降,这主要与2015年全省加快推进节水灌溉有关;工业用水生态足迹下降与近年来研究区工业用水消费减少有关,上火用水足迹相对较小但表现出明显上升态势,这是由于居民生活水平逐渐提升以及人口规模不断扩大所导致的。

区域水资源拥有量在一定程度上决定了水生态承载力,而降水量又显著影响着水资源量,有必要应用E-views软件分析降水量与水生态承载力间的相关性。结果表明,两者存在正相关关系,并达到显著水平,说明降水等自然因素显著影响着区域水生态承载力。

2)2008—2020年全省用水效率如图3所示。

图3 万元GDP水生态足迹

由图3可知,2008—2020年研究区万元GDP水生态足迹表现出不断减少趋势,从2008年的0.48hm2/万元逐年减少到2020年的0.11hm2/万元,年均降幅达到6.42%,在提高工业重复用水率和用水效率、节水灌溉等方面取得显著成效。

2.2 水生态盈亏与用水效率空间变化

1)2019年各市水资源账户。2019年各地市用水量和水资源总量如图4所示。

图4 2019年各地市用水量和水资源总量

结果表明从东到西区域水资源呈递减分布特征,丹东市水资源最丰富,本溪市和大连市次之,盘锦、阜新和朝阳等辽西地区水资源量较少。从用水量上,由于沈阳市人口众多属东北第一大城市,其用水量最高,盘锦市与大连市次之,而处于经济转型期的阜新市和以旅游业为支柱产业的本溪市、葫芦岛市用水量较低。

核算分析2019年各地市水资源账户如图5所示。

图5 2019年各地市水生态赤字

结果表明呈水生态赤字的地市13个,全省存在严重的水生态赤字。具体而言,丹东市呈现水生态盈余,葫芦岛市水生态承载力与生态足迹相当接近平衡,最大水生态赤字出现在盘锦市。这是因为盘锦市分布有大范围集中连片的水稻田,同时拥有丰富的油气资源,高度发达的工农业使得各行业用水量较高,加之降水量较低使得当地水资源非常短缺,所以该区域水生态足迹高于水生态承载力处于供需不平衡状态。铁岭、本溪、抚顺、丹东等东部地区的水生态承载力普遍较高,这是因为境内河流水系较多,具有丰富水资源;鞍山、盘锦、辽阳、沈阳等中西部地区的水资源短缺,同时工农业资源丰富、经济发达、人口密集,相对其它地区具有明显较高的水生态足迹。

2)2019年各市用水效率如图6所示。

图6 2019年各地市万元GDP水生态足迹

从图6可以看出,经济发达的本溪、鞍山、沈阳和大连等地区具有较高的用水效率,而经济欠发达的朝阳、阜新和葫芦岛市具有较低的用水效率,这是由于集约程度随着经济的增长而增加,使资源利用效率更高;农业高度发达的盘锦、辽阳、铁岭等地区用水效率偏低,农业用水占总水生态足迹的60%,由于灌溉技术水平较低、灌区普遍缺少管理等使得农业用水大量流失,用水效率偏低。虽然丹东市具有丰富的水资源,但其用水效率也较低,究其原因是丹东境内河网密布、河流众多使得水资源存在浪费现象,节水意识薄弱使得用水效率进一步下降。

3 结 论

1)2008—2020年辽宁省水资源需求总体大于供给,大部分时段水资源账户均处于赤字状态,但自2017年呈逐年下降趋势。万元GDP水生态足迹表明,辽宁省用水效率不断提高,通过加强水资源管理有效改善了水危机形势。受自然环境、地理位置等因素影响,辽宁省水资源空间分布呈现出差异化特征,产业结构不同使得市域或区域水资源可持续利用也存在明显差异。河流水系较多的东部地区水生态承载力较高,而工农业较发达、人口较多的中西部地区水生态足迹较高;经济欠发达地区县域低于经济发达地区的用水效率,农业发达地区用水效率偏低。

2)为实现水资源的可持续利用和科学管理,一方面增加水资源供给和水生态承载力,通过多渠道开源保证年际水量稳定,将水资源利用与其它自然学科结合以降低水资源补给受自然因素的影响;另一方面,通过区域间调水输水工程、节水灌溉工程等实现水资源优化配制和农业用水量的严格控制,不断完善大伙房输水、东水西调等工程配套建设,保证中西部用水安全。对于农业发达地区,应加大农业节水投入,结合水资源分布状况优化调整产业结构,充分发挥区位优势,在发展经济的同时实现用水效率的提升和水资源可持续利用。