基于生态足迹理论的承德市水资源利用均衡性及影响因素

郝 灿，陈义忠，2，高田源，贺鹏明，张煊儿，赵允硕，樊 星

（1.河北工业大学经济管理学院，天津 300401；2.河北工业大学京津冀发展研究中心，天津 300401；3.华北科技学院化工安全学院，河北 廊坊 065201）

0 引言

近年来受到人口增长、气候变化、工业化进程加快等因素影响，水资源面临的挑战日益凸显，水资源可持续利用成为当今社会发展不可避免的问题[1]。承德市是连接京津冀辽蒙的重要节点，肩负着为京津冀涵养水源、构筑生态屏障的重要使命。对承德市水资源利用状况进行研究，关系到区域生态和经济可持续发展。目前水资源利用的评价方法主要包括Super-SBM模型[2]、数据包络分析[3]、水足迹模型[4]、生态足迹模型[5]等。其中，生态足迹模型应用较为广泛，其通过对比生态足迹和生态承载力来衡量区域可持续发展状况，但该模型未能全面描述水域生态足迹。2008 年，黄林楠等[6]通过建立水资源账户并纳入生态足迹框架，得到了水资源生态足迹模型。此后，国内部分学者对该模型进行了改进，如水量水质账户扩充等。该模型也多应用于生态安全评价[7]、水资源承载力分析[8]、水资源可持续性评估[9]等。水资源利用的均衡性问题也是水资源分配利用中的基本问题之一。目前相关的研究多集中在探究水资源地域空间分配的均衡性或水资源与社会经济指标的公平性上，常见的方法包括基尼系数[10]、泰尔指数[11]、不均衡指数[12]等。其中，基尼系数仅可以反映出区域水资源与社会经济要素的整体匹配情况，无法体现出空间差异，因此往往需要结合其他评价方法协同分析或对基尼系数进行分解。此外，现有关于水资源利用驱动因素的研究多集中于省级或市级尺度，区县级尺度的研究较少。对于承德市而言，从京津冀宏观角度对水资源配置等问题展开的研究已较为丰富，而涉及承德市内部水资源利用状况分析的内容十分薄弱。县域尺度的研究不仅可以明晰承德市内部水资源利用现状及其制约因素，还能够为承德市各区县水资源管理提供参考。近年来，承德市水资源的承载负担和污染风险不断加大[13]，社会经济发展与水资源供应矛盾突出，水资源约束性逐渐凸显。同时，针对影响因素的研究，其方法主要包括对数平均迪氏指数（LMDI）法[14]、Shephard距离函数[15]和DEA-Malmquist指数法[16]等。其中，LMDI法具有准确性和聚合性，它既解决了零值的问题又消除了分解的残差，已被广泛应用于生态足迹的研究中[14]。

本研究通过构建水资源约束评价体系、水资源生态足迹模型和水资源利用均衡性模型，分别从约束性、可持续性、均衡性3 个维度评价承德市县域2013—2017 年水资源利用均衡性时空格局，并基于LMDI法解析该地区水资源利用的影响因素。此外，将承德市水资源指标与其他地区对比，结合承德市各区县水资源综合评价结果，提出相应对策建议。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况与研究框架

承德市地处东经115°54′～119°15′，北纬40°11′～42°40′，位于河北省东北部的冀北山区，辖3 个市辖区、8个县；2020年常住人口335 万人，生产总值1 550.3 亿元。承德境内地形复杂，山脉河流纵横交错，地势西北高、东南低，平均海拔350 米；地域面积39 500 km2，林地面积占比超过72%；全年平均气温5～9 ℃，年均降水量395～897 mm，降水量南高北低，时空分布差异明显。承德市水资源较为丰富，境内有滦河、潮河、辽河、大凌河四大水系，年产水量37.6 亿m3，但2000—2017 年承德市人均水资源占有量仅838 m3[17]。承德地区具备页岩气成藏的物质基础，是冀北页岩气勘查的重点区域[18]。然而，页岩气开采过程中的水力压裂技术，会对当地的水资源状况产生不良影响，如淡水资源大量消耗、水供给压力增加和地下水污染风险提高等[19]。本研究从多维度评价承德市县级尺度的水资源利用均衡性时空分布格局，揭示其影响因素与影响效应，并与其他地区对比分析，得到相应的水资源管理与页岩气开发政策建议，具体研究框架如图1所示。

图1 研究框架与承德市各区县空间图Fig.1 Research framework and spatial distribution map of counties in Chengde

1.2 水资源约束评价体系

水资源对生产方面的约束主要体现在生产过程中水资源大量消耗造成的水资源压力及生产活动对地下水的污染。本文使用水资源压力指数（WPI）、地表水生产压力（SWP）及地下水污染风险（GPR）3个指标进行综合评价。其中，WPI表征当地生产、生活活动对水资源造成的负荷，能够反映区域水资源的相对稀缺程度；SWP和GPR分别反映生产活动对区域地表水和地下水的影响，也能够用于评价页岩气开发水资源约束，WPI、SWP和GPR的计算方法如式（1）～（3）所示：

式中：j指区县，TWD、TAW、PW、DW、EW、SW和GW分别代表年总需水量、年总可用水量、居民生产用水量、生活用水量、生态用水量、地表水使用量和地下水使用量（单位均为万m3）。WPI越大，用水压力越大，40%～100%为高到极高的压力水平[20]；SWP越大，生产活动受到地表水资源的限制越严重，越不适宜页岩气开发；GPR越大，生产过程对地下水的污染风险越高，越会阻碍页岩气的勘探开发。

1.3 水资源生态足迹模型

水资源生态足迹可以衡量人类对水资源的利用程度，进而评价人类对生态系统的影响，包含人类生产、生活消耗水资源的过程和自然环境维持自身进化消耗水资源的过程两方面。水资源生态足迹可以根据用水特征分为生产、生活和生态用水生态足迹3项，计算式[6]为

式中：i指第i类水资源，i=1，2，3，分别指生产、生活和生态用水；EF为水资源生态足迹，hm2；N为人口数，万人；ef 为人均水资源生态足迹，hm2；γ为水资源全球均衡因子，取5.19；W为水资源人均消耗量，m3；P为水资源全球平均产量，取3 140 m3/hm2。

水资源生态承载力指某一地区在可预测时间范围内，水资源最大供给量能够维持该区域生产、生活、生态可持续发展的能力，反映水资源对经济、社会和生态良好发展的支撑力，计算式[6]为

式中：EC为水资源生态承载力，hm2；ec为人均水资源生态承载力，hm2；φ=0.4，为河北省水资源产量因子[6]；Q为人均水资源总量，m3。水资源开发需预留60%用于维护生态环境[21]，因此α=0.6。

水资源生态盈亏指数是衡量区域内的水资源生态足迹和水资源生态承载力供需平衡状况的指标，计算式[22]为

式中：EB 为水资源生态盈亏指数，hm2；EB＞0 表明该地区水资源处于可承载状态；EB=0 为平衡状态；EB ＜0为不可承载状态。

1.4 水资源利用均衡性

本文选择GDP、粮食产量、农业面积、人口、用电量5个评价指标，利用基尼系数（Gini）对水资源利用均衡性进行评价。基尼系数介于0～1之间，0～0.2表示高度平均，0.2～0.3为比较平均，0.3～0.4为相对合理，0.4～0.5表示差距较大，0.5～1表示高度不平均：

式中：j和j-1分别表示按照水资源生态足迹与评价指标的比值升序排序后第j、j-1位区县；X、Y分别为评价指标和水资源生态足迹占整个区域的累计百分比，当j=0时，(Xj-1-Yj-1)=(0,0)。

为了更好地分析水资源生态足迹与5项指标的均衡性关系，把水资源生态足迹的比率和上述5项指标比率的比值称为水资源生态足迹需求系数（EFDC），计算式[5]为

式中：t指t年；X为评价指标。EFDC大于1代表水资源生态足迹与指标的均衡性差；小于1均衡性好。

1.5 基于LMDI 的水资源利用影响因素解析

采用LMDI法对水资源生态足迹变化的驱动因素进行分解，计算式[23]为：

式中：y为地区生产总值，亿元；p为常住人口数，万人；Δeft为基准年到第t年的人均水资源生态足迹变化值，hm2；ef0指基准年的人均水资源生态足迹（本文基准年为2013年）；ΔefS、ΔefG、ΔefR、ΔefP分别表示结构、技术、经济和人口因素引起的人均水资源生态足迹的变化量，hm2，其中：

2 结果与分析

2.1 水资源约束力时空特征

由图2 可知，承德中部地区面临较高的水资源压力。兴隆县的水资源量在承德市各区县中最多（除2015 年外）且用水量较少，WPI 值连续5 年在20%以下，面临较小的水资源压力。围场县的年均WPI 在20%～40%，属于中等缺水，虽然该区域水资源较为充裕，但用水量却较高。营子区、平泉县、承德县、丰宁县、宽城县的年均WPI都在40%～80%之间，属于高度缺水地区，面临较高的水资源压力，其中营子区用水量连续5 年在各区县中最低，但由于其水资源量较少导致用水压力同样严峻。滦平县、隆化县、双滦区、双桥区年均WPI大于80%，属于极度缺水地区，主要由于水资源量少且用水强度较高，其中双滦区和双桥区连续5年大于100%，说明本地的水资源供给量不足，需要从外部引水以满足需求。每个县的WPI均在2014或2015年达到最高水平，随后有所降低，说明2015年以来承德市各区县在社会发展的同时注重水资源涵养，水资源容量有所恢复，且随着近年来公民节水意识的加强，2015年后各区县的总用水量都有所下降。

图2 水资源压力指数时空分布特征Fig.2 Spatial-temporal distribution characteristics of WPI

SWP在不同区域间存在明显差异（图3）。营子、双桥、平泉和双滦的年均SWP都在9以上，其中营子区最大为12.556，其他区县年均SWP都在5以下，隆化县最小为1.322。在时间跨度上，不同区县的SWP也各有不同：隆化、承德、丰宁和围场的SWP 都较小且稳定；平泉县年均SWP 为10.554 且有继续增加的态势；兴隆、双桥、双滦和营子的年均SWP分别为4.964、10.783、9.665和12.556均处于较高水平，但近年来有所缓解。不同区县的GPR情况也存在较大差别。隆化县年均GPR最小为0.252，双桥区最大，约是隆化县的4.75倍。在时间维度，宽城县波动最为明显，其他县波动较小，处于较平稳的趋势。兴隆和营子处于下降的趋势，平泉县处于缓慢上升的趋势。将SWP与GPR和区域社会经济状况相结合，利用SPSS进行相关性检验，当相关系数的绝对值大于0.8时，可以称两指标高度线性相关。SWP-GDP、SWP-人口、GPRGDP、GPR-人口的相关系数分别为-0.34、-0.15、-0.15和-0.59（绝对值都小于0.8），同时图3 b）中任意两指标的数据点比较分散且没有表现出明显的聚集趋势，可以得出水资源指标与GDP、人口没有明显的线性关系。宽城县的GPR 和SWP 在所有县中属于较低的水平，GDP 属于最高的水平。而营子区的GPR 和SWP都处于较高的水平，但GDP和人口处于较低水平。可见水资源利用越均衡越有利于地区发展。双桥区的GPR最高，SWP属于较高水平，但其GDP和人口也处于高及较高的水平，可知大量的人口和高强度的经济发展会加剧地表水生产压力与地下水污染。

图3 2013—2017 年地表水生产压力、地下水污染风险与社会经济指标相关性Fig.3 Correlation between SWP,GPR and socio-economic indicators from 2013 to 2017

此外，对承德市各区县的SWP和GPR进行了预测。基于2013—2021年各区县的SWP和GPR数据进行拟合，剔除异常值后，对未来进行预测：承德县的SWP和GPR 均处于上升趋势，SWP的上升趋势从2016年开始逐渐放缓，预计于2025年达到4.595；双桥区的SWP和GPR均呈现出下降趋势，GPR的下降趋势更为明显，到2025 年预计会降低6.45%，而SWP 在未来有先下降后上升的趋势，预计从2021 年开始上升，2025年将达到8.871 3；双滦区和营子区指标均呈下降趋势，双滦区的GPR的下降趋势在未来会逐渐增大，营子区GPR 下降速度较快，但是从2024 年开始趋于平稳；目前丰宁县2 个指标均处于小幅度平稳下降，SWP以4.68%的速度均匀下降，但GPR会在未来加快减小，预计2025年将会降低至0.008；围场县2指标先减小后增加，SWP的波动幅度最大，预计在2025年达到3.150 8，相较2017年增长75.87%。

2.2 水资源生态足迹时空格局

不同区县的水资源生态足迹存在较大差异（图4）。平泉、兴隆、双桥和围场的人均水资源生态足迹较小（均低于0.30 hm2），双桥区连续5年最小；滦平、承德、宽城、双滦、营子、丰宁的人均水资源生态足迹较大，处于0.26～0.58 hm2之间；隆化县的人均水资源生态足迹最高，连续5年大于0.67 hm2，年均人均水资源生态足迹为0.72 hm2。2013—2017 年，兴隆和宽城的人均水资源生态足迹整体上呈现增长趋势，但2013—2015年间两县的人均水资源生态足迹先上升后下降，这与两县2014年生产用水增加有关，需要优化调整产业结构，大力发展节水型产业，多年平均变化率大于1，说明这两县在经济社会发展的过程中消耗的水资源量在增加；隆化、双桥、丰宁和围场的年均变化率约为0，说明多年来水资源利用状况基本维持稳定状态；其余区县的多年平均变化情况则整体上呈现出减少的趋势，说明这几个区县在水资源的使用过程中，注重提升水资源利用效率。

图4 2013—2017 年人均水资源生态足迹时空分布特征Fig.4 Spatial-temporal distribution of per capita water resources ecological footprint from 2013 to 2017

由水资源生态足迹的构成看出（图5）：人均生产用水足迹所占比例最大，其次为人均生活用水足迹。除双桥区外，各区县人均生产用水足迹每年占比均在72%以上。双桥区占比最高的为人均生活用水足迹，其次为人均生产用水足迹，人均生态用水足迹占比最小但在全市内最高。2017年与2013年相比，除兴隆和宽城（增幅分别为1.85%和2.88%）外，其余县的人均生产用水足迹比例都在减少（整体降低2.99%）；而人均生活用水足迹除兴隆和宽城降低外，其余县都有所增加，整体增幅为2.66%，可能与人们的生活质量逐渐提高有关；人均生态用水足迹占比总体处于增加趋势但增幅较小（0.33%），随着人们环保意识的加强，将会为维持生态环境可持续发展付出更多努力。对双桥区来说，生活用水足迹占比最大，需要提升当地的生活用水效率、宣扬节水节能思想；其他区县，尤其是隆化县（生产用水占比高达93%以上），需要推动当地生产转型升级，提高水资源利用效率，推崇新型节水设备等。

图5 水资源生态足迹组成Fig.5 Water resources ecological footprint structure

承德市各区县人均水资源生态承载力和人均水资源生态盈亏指数见图6。人均水资源生态承载力表现出较大空间差异。兴隆县人均水资源生态承载力最大并在2017年达到了最大值0.54 hm2；双桥区人均水资源生态承载力最小且连续5 年低于0.03 hm2，亟需改善水资源利用状况；其余区县大多处于0.05～0.20 hm2之间。时间尺度上，2014—2015 年各区县的人均生态承载力都处于历年较低水平，2016 年以来呈上升趋势，说明承德市水资源状况整体向好，这与2015 年承德市人民政府实行严格的水资源管理制度有关。绝大多数区县的人均生态盈亏指数都在-0.61～0 hm2之间，处于轻度生态赤字状态，水资源供需形势较为紧张。兴隆县年均水资源生态盈亏指数为0.083 hm2，表明该县的水资源承载力处于临界状态，其余10 区县水资源账户出现赤字，有水资源短缺的风险，其中隆化县最为严重。而承德市总体的年均水资源盈亏指数为0.070 hm2，说明水资源供给基本能够满足承德市总体用水需求。

图6 人均水资源生态承载力与人均水资源生态盈亏指数Fig.6 Per capita water resources ecological carrying capacity and water resources ecological profit and loss index

2.3 水资源利用均衡性分析

万元GDP水资源生态足迹用于衡量水资源的利用程度，其数值与水资源利用效率成反比（图7）。研究表明：除宽城县与双桥区略有增加外，其余区县均呈递减趋势，说明承德市整体上的水资源的利用效率在提高，可能与各区县在发展过程中进行产业结构调整和优化有关。隆化县万元GDP水资源生态足迹连续5年处于承德市最高水平，在0.26～0.33 hm2之间，需要提高水资源利用效益。宽城县与双桥区一直处于承德市最低水平，在0.04～0.07 hm2之间，水资源利用效率高。2013—2017 年，宽城县由0.040 hm2增长到0.068 hm2，增幅最大（70.64%）。双滦区由2013 年的0.082 hm2减少至2017 年的0.054 hm2，降幅最大（33.64%），表明双滦区用水效益优化状况较有成效。与各区县年均人均水资源生态足迹（图4 b））对比发现：隆化县两指标都在承德市各区县中排名首位且生产用水占比最高，说明该县消耗了大量水资源去发展生产，但水资源利用效率低下造成严重的水资源浪费，亟需优化产业结构，对生产活动中的水资源利用严加规范，提高用水效率。而双桥区的两指标数值在各区县中最低，说明双桥区消耗的水资源量最少且水资源利用效率最高，其他区县应参考借鉴双桥区的系列举措，严格控制水资源使用，因地制宜地开展节水活动，提高水资源利用效率。

根据4个水资源指标综合评价各区县的水资源利用均衡性，如图8所示。结果表明：兴隆县水资源利用均衡性最好，人均水资源承载力最好、水资源压力最小，水资源足以维持社会经济发展，这与其水资源总量多（年均水资源总量4.52 亿m3）有关，水资源利用效率较高、人均水资源生态足迹较低，水资源得到了有效开发利用和管理。双滦区和双桥区水资源利用均衡性差，虽然水资源利用效率高，但存在人均水资源承载力差、水资源压力高等问题。这与两地水资源量少、人口密集有关，需要提高居民节水意识、引入外部水源等。隆化县水资源量处于中上水平，但年均用水量却保持在全市首位，是其他县年均用水量的1.89～14.18 倍。结合图7 来看，隆化县水资源利用效率最低，这可能是其用水压力大、人均水资源生态足迹高的原因之一。其他7 个区县的水资源利用均衡性和各项水资源指标都处在中等水平。

图8 各区县多年平均WPI，EG，ef，ec 的相关关系Fig.8 Correlation of multi-year average WPI,EG,ef and ec in each county

承德市水资源生态足迹与GDP、粮食产量、农业面积、人口、用电量的基尼系数和EFDC 系数结果见表1与表2。GDP基尼系数常年小于0.20，表明承德市水资源生态足迹和GDP 处于高度平均状态，其中隆化、承德、双滦、营子和丰宁的EFDC 系数多年平均值大于1，该5 县的水资源生态足迹与GDP 均衡性较差。2013—2017 年水资源生态足迹-GDP 的基尼系数整体处于上升趋势，表明承德市水资源生态足迹与GDP的均衡性有变差趋势，需要注意区域协调，对经济发展水平较低的地区推进产业转型升级。粮食产量和农业面积的基尼系数常年大于0.50，处于高度不均衡状态。滦平、兴隆、宽城、双桥、双滦、营子的水资源生态足迹与粮食产量、农业面积的EFDC系数均大于1，与这些县粮食产量低、农业面积小有关。人口基尼系数常年在0.30～0.35，说明承德市水资源生态足迹与人口的均衡性较为合理。用电量基尼系数除2013年外均小于0.20，表明承德市近年来的水资源生态足迹和用电量之间趋于高度均衡。平泉县5个评价指标的EFDC系数都小于1（表2），均衡性相对较好，各方面的协调性都较为合理；而营子区各指标的EFDC系数都大于1，表明区域发展正处在高度不均衡状态。

表1 承德市水资源生态足迹基尼系数Tab.1 Gini coefficient of water resources ecological footprint in Chengde

表2 承德市11 区县各评价指标EFDC 系数多年平均值Tab.2 Multi-year average value of EFDC for each evaluation indicator in 11 counties of Chengde

2.4 水资源利用影响因素

图9 可以看出，技术和经济因素对人均水资源生态足迹的影响相对显著，人口和结构因素影响较小。结构因素引起的变化量在-0.000 6～0.001 0 hm2/人之间，数量级最小，其次为人口效应（变化量-0.015 9 ～0.011 4 hm2/人），说明结构效应和人口效应的影响不显著。而技术因素引起的变化量在-0.202 7 ～0.224 7 hm2/人之间，影响效果最大，其次为经济因素（变化量-0.101 7 ～0.126 8 hm2/人）。4 个因素数值都有正有负，对不同区县的影响作用不同。

图9 承德市水资源生态足迹驱动因子Fig.9 Driving factors of water resources ecological footprint in Chengde

1）经济因素方面，仅宽城、滦平、双桥和双滦存在抑制现象：宽城县的经济因素对水资源生态足迹始终起到抑制作用，且随时间抑制作用加强，双桥区和滦平县由原来的促进效应分别从2015年和2016年开始变为抑制效应，原因可能为经济发展会引起节水技术和节水产业的发展，从而抑制了水资源生态足迹增长，双滦区则仅在2015 年出现抑制作用。其余7 县经济因素在2013—2017年间引起的变化量都为正数，为促进作用。整体上，经济效应对承德市人均水资源生态足迹的增长起促进作用，区域经济发展需要大量水资源来维持，从而造成了水资源生态足迹的增长，且多数区县经济效应的促进作用随时间愈发明显。

2）技术因素方面：除宽城县和双桥区外，其余区县的变化量均小于0且逐年增大，说明近年来节水技术对这些区县人均水资源生态足迹的抑制作用越来越显著，而宽城县和双桥区仍处于大力发展产业而忽视节能与环保的阶段。

3）结构因素方面：兴隆县和宽城县的结构效应5年内始终为促进作用，需要改善用水结构，隆化、平泉、双桥和营子的结构效应始终为抑制作用，水资源利用结构较为均衡。

4）人口因素方面：人口对不同区县水资源生态足迹的影响差异显著，兴隆、双滦、营子、丰宁和围场的人口效应小于0且一直减小，说明人口因素的抑制作用越来越显著，其余6县人口效应大于0，且2016年后呈现降低趋势，说明近年来人口因素对这6区县人均水资源生态足迹的促进作用逐渐减小，产生该现象的原因与近年来人口增长放缓有关。总体来看，承德市在经济发展过程中会消耗大量水资源从而导致人均水资源生态足迹增加，但随着科技创新能力的提高和节水技术的推广应用，也可使人均水资源生态足迹控制在合理范围内。

3 讨论

3.1 与其他区域的水资源状况对比

根据左其亭等[5]对黄河沿线9省区水资源的研究，发现在人均水资源生态足迹方面，黄河沿线省区中四川、陕西、山西、河南、山东人均水资源生态足迹较小，均在0.5 hm2/人以下，占比为55.56%。而在承德市11个区县中，除隆化县、滦平县和双滦区外，其余8个区县均在0.5 hm2/人以下，占比达到72.73%，承德市水资源量的消耗情况低于黄河沿线省区。黄河沿线省区的用水结构和承德市相似，人均生活用水足迹所占比重最大，绝大部分区域占比超过70%。在人均水资源生态承载力方面，黄河沿线省区差异巨大，青海和四川在1.5 hm2/人以上，其余7省在0.5 hm2/人以下；而承德市全域在0.544 hm2/人以下，年际差异波动较小。在水资源生态盈亏指数方面，黄河沿线2省为可承载状态，1省相对平衡，6省为生态赤字状态；承德市除兴隆县外都为赤字状态，水资源可持续性不容乐观。总体来说，承德市水资源利用状况稍劣于黄河沿线省区，水资源维持社会经济发展的支撑力较差，可持续性较差。

将承德市的水资源利用状况与其所在的京津冀地区（数据来源于笔者前期测算）进行对比（图10），结果表明：承德市的水资源生态足迹在京津冀地区处于较高水平，水资源生态承载力整体上高于京津冀地区。在人均水资源生态足迹方面，秦皇岛的年均人均水资源生态足迹最高，为0.662 hm2，其次为张家口（0.460 hm2）、唐山（0.379 hm2），其余9 市均集中在0.180～0.310 hm2之间；而承德市除隆化县（最高0.720 hm2）和双桥区（最低0.197 hm2）外，其余9区县均处于0.280～0.530 hm2之间，整体高于京津冀地区水平，水资源形式较为严峻，需要注重经济发展与水资源使用的协调性。在人均水资源生态承载力方面，在京津冀12 市中，秦皇岛年均人均水资源生态承载力最高（0.131 hm2），其次为唐山（0.062 hm2）、沧州（0.054 hm2），其余9 市都处于0.010～0.040 hm2之间；而承德市各区县中，除双桥区（最低0.025 hm2）外，其余区县均在0.050 hm2以上。承德市平均水平约是京津冀平均水平的3.3 倍，水资源可持续状况在京津冀地区具有优势。京津冀整体（包括承德）处于生态赤字状态，水资源供需失衡，难以支撑社会经济的良性发展。

图10 承德市与京津冀地区多年平均水资源指标对比情况Fig.10 Comparison of multi-year average water resources indicators between Chengde and Beijing-Tianjin-Hebei region

川渝是我国页岩气开发的成熟地区，将承德各区县2015年的人均水资源生态足迹/生态承载力与川渝地区187个县进行对比（图11），结果表明：川渝地区和承德的人均水资源生态足迹的分布范围都比较分散，承德全部和川渝大部分县的人均水资源生态足迹分布在0.1～0.8 hm2之间，差距较小。而两地区的人均水资源承载力存在巨大差异，川渝地区水资源生态承载力明显优于承德地区。承德各区县的人均水资源生态承载力在0～0.4 hm2之间，而川渝各县在0～130 hm2之间，相差几到几千倍。川渝地区在空间分布上存在显著差异，雅安市、阿坝州、甘孜州和凉山州各县的水资源承载力状况较好，与当地的水资源总量和降水量较多、人口密度较小等多种因素有关。总体来说，承德市的水资源利用状况与川渝地区相差甚远，可持续性不容乐观。

图11 承德市与川渝地区多年平均水资源指标对比情况Fig.11 Comparison of multi-year average water resources indicators between Chengde and Sichuan-Chongqing region

3.2 政策启示

通过研究承德市水资源利用格局及其与其他地区的横向对比，可以得出如下政策建议。

1）承德市除兴隆县和围场县外，都面临高到极高的水资源压力，各区县应落实节水优先，开展节水活动，从外部引入适量水源等；而承德市整体上年均水资源盈亏指数为0.070，基本能够满足市内发展需求，因此，建议承德市加强对本地水源的宏观控制，统筹制定水资源配置方案，以合理分配地表水和地下水资源。除双桥区外，各区县水资源利用以生产用水为主，生态用水比例微乎其微，各区县需要保障生态环境用水，恢复境内河道生态功能，优化产业结构，提高水资源利用效率等。通过对水资源利用影响因素研究发现经济因素对水资源生态足迹的增加有促进作用，技术因素有抑制作用，因此，承德市在经济快速发展的同时需要严格水资源管理，限制高耗水、高污染产业盲目发展，推动低耗水的科技型产业快速发展，对低耗水、高附加值产业和工业零排放企业实行倾斜政策；加大研发投入，推动科技创新，鼓励相关单位研发和推广新型节水技术（如污水处理技术、水资源再利用技术等）；深化科技合作，与当地高校等合作，加快科技成果转化，推动产业结构升级。承德市平均水资源承载力约是京津冀平均水平的3.3 倍，水资源可持续状况在京津冀地区具有一定优势。对于京津冀地区整体来说，需要依赖于外流域调水，如用好南水北调中线；严控区域内河流开发利用强度，研究制定河流水资源开发利用管控指标；打破行政界限，统筹规划，推进跨地区横向生态补偿。而承德市作为京津唐的重要供水源地，境内的水资源往往需要供给北京、天津，建议承德市保护好潮河、滦河上游水环境，同时建立更加合理的生态补偿机制，进一步加大京津对承德供水区的补偿力度。

2）在双碳目标和可持续发展目标的双驱动下，河北省煤改气工程进度加快，但有限的常规天然气储量难以支撑日益增长的能源需求，页岩气等非常规天然气开发势在必行。目前冀北区域的页岩气资源主要分布在承德地区，而页岩气开发主要依赖高耗水的水力压裂技术，这可能会进一步影响承德市的水资源利用局势。目前冀北地区页岩气开发工作仅处于勘查阶段，有关承德页岩气开发潜力的研究较少。因此，从水资源角度探究承德市页岩气的开发潜力具有现实意义。通过对承德市水资源进行综合评价（表3），基于评价结果初步判断各区县的页岩气开发适宜性：在水资源约束方面，双桥、双滦和营子区都存在1个及以上的指标处于极大水平，开发页岩气容易受到水资源制约；隆化、滦平、平泉、兴隆县开发页岩气的适宜度一般；承德、宽城、丰宁、围场县3个水资源约束指标都在中下水平，较为适宜。在水资源生态足迹方面，隆化、双桥、双滦都存在1个或1个以上的极大（或极差）值，可持续性较差，开发页岩气适宜性较差；滦平、承德、平泉、宽城、丰宁、围场适宜度一般；兴隆和营子均处于中上水平，可持续性较好，较为适宜。综合来看，双桥区和双滦区水资源可持续性最差，且这2个区位于承德市中心，人口密度高，不适宜重工业行业发展，水资源需求大，难以满足页岩气开发的短时大量耗水需求，故不适宜进行页岩气开发；相较之下，丰宁、兴隆和宽城县水资源可持续性较好，草地和林地资源丰富，人口密度较小，较为适宜页岩气开发。此外，通过与页岩气开发成熟的川渝地区对比，发现承德市水资源承载力和川渝地区有较大差距，通过从页岩气开发区外部调水、压裂返排液处理后循环利用、页岩气开发废水无害化处理等方式可以在一定程度上缓解承德市未来在进行页岩气开发时的用水压力。

表3 承德市各水资源指标综合评价结果Tab.3 Comprehensive evaluation results of water resources indicators in Chengde

4 结论

本文基于水资源约束力、水资源生态足迹和水资源利用均衡性模型评价了承德市各区县的水资源利用均衡性状况及其影响因素，结论如下：

1）除兴隆县和围场县外，81.82%的区县面临高到极高的水资源压力；SWP和GPR空间差异明显，营子区SWP是隆化县（最小）的9.50倍；双桥、双滦和营子区综合水资源约束性较高，生产活动容易受到水资源制约，承德、宽城、丰宁、围场县约束性较小。生产用水生态足迹是承德市水资源生态足迹的主要组成部分，其次为生活用水足迹；除兴隆县外其余区县呈现轻度水资源生态赤字，但承德市整体上基本能够实现水资源供需平衡；在水资源生态足迹方面，隆化、双桥、双滦可持续性较差，兴隆和营子可持续性较好。万元GDP水资源生态足迹整体上呈下降趋势，水资源利用效率向好；经济因素能够促进各区县水资源生态足迹增长，技术因素则起到抑制作用。

2）承德市水资源状况在京津冀城市群中较好，其水资源承载力约是京津冀平均水平的3.3倍，需要向外部供水，亟需制定更为合理的生态补偿机制；与川渝地区相比，承德市水资源承载力状况较差，开发页岩气面临的用水压力更大，双滦区和双桥区水资源可持续性最差，而兴隆县、宽城县和丰宁县则具有相对较好的页岩气开发前景。