沱江流域水资源生态安全状况分析

曹 越,卢建秋

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨 150080;2.黑龙江大学 水利电力学院,哈尔滨 150080)

水资源是一个国家重要的基础性资源,由于它的有限性、时空分布不均匀性和不可替代性使得水资源安全成为决定我国经济社会高质量发展和生态文明建设的关键影响因素之一。沱江是四川重要河流之一,流域内人口经济密集,是全省重要的工业集聚发展区,也是全省重要的农业产区,以全省3.5%的水资源量和4.5%的幅员面积承载了全省22%的人口,创造了近1/4的地区生产总值。沱江流域的水资源安全直接影响着四川省的经济发展,对沱江流域的水资源的可持续性发展研究能为沱江流域的管理提供合理建议。

生态足迹分析法是由加拿大生态学家William提出并由Wackernage完善的一种可以衡量自然资源可持续性发展程度的方法[1],范晓秋[2]等在生态足迹模型的基础上提出建立水资源账户增强了对水资源的功能的描述。经过国内学者不断的研究发展,水资源生态足迹法以被广泛的运用于探究国内不同地区的水资源的可持续发展程度[3-6],选择研究区域时多以省和市为主,水资源具有流动性和共享性,流域的城市的水资源安全往往是一荣俱荣、一损俱损,文章以沱江流域为研究对象,构建生态足迹模型,综合分析沱江流域各市的水资源安全状况和可开发利用程度,希望能对沱江流域的水资源管理提供参考。

1 沱江域概况及数据来源

1.1 沱江流域概况

沱江是长江上游的一条支流,位于四川腹部,发源于川西北九顶山南麓,绵竹市断岩头大黑湾,流经德阳市、成都市、资阳市、内江市、自贡市,至泸州市汇入长江,全长712km,流域面积3.29万km2[7]。沱江流域地区属于亚热带季风气候,降雨量丰沛,但时空分布不均,降雨为夏季多冬季少。流域内交通体系完备,是连接成都平原经济区和川南经济区的重要航线;工业企业密集,工业经济发达,工业厂况规模庞大,创造了四川省近1/3的工业产值,同时也是全省的农业保障基地。沱江流域概况图,见图1。

图1 沱江流域概况图

1.2 数据来源

文中流域内各市的水文数据如水资源总量、各行业用水量等均来自于各年《四川省水资源公报》,各市常驻人口数量来源于《四川统计年鉴》。

2 研究方法及参数确定

2.1 研究方法

2.1.1 水资源生态足迹

水资源生态足迹是指在某一区域内,将该地区消耗的水资源转化为相应的生产面积与全球其他地区相比较的对比值[8]。计算时,根据用水特性将水资源生态足迹按农业用水量、工业用水量、生活用水量、生态用水量分为4个子账户,其计算法如下:

(1)

式中:EFW、EFWi为总水资源和各子账户水资源生态足迹,hm2;P为区域内的人口数量,万人;qi为用户i的人均用水量,m3;γ为全球均衡因子;P为水资源全球平均生产能力,m3/hm2。

2.1.2 水资源生态承载力

水资源生态承载力是指处于某一发展阶段时期的一个区域内的水资源供给给该区域人类生存生产活动和维持自然环境正常运行的能力[8]。其计算方法为:

(2)

式中:ECW、ecw为区域总水资源生态承载力和人均水资源生态承载力,hm2;ψ为水资源产量因子;wi为区域内各子账户水资源量,m3;α为维持自然生态环境所需要的水资源量系数取60%。

2.1.3 水资源生态盈亏指数

水资源生态盈亏指数反应了该区域的水资源的可持续发展程度。其计算方法如下:

EBW=ECW-EFW

(3)

式中:当EBW﹥0时,表明该地区处于水资源盈余状态;当EBW﹤0时,表明该地区处于水资源过载状态;当EBW=0时,表明该地区处于水资源平衡状态。

2.1.4 水资源生态压力指数

利用水资源生态盈亏指数进行区域水资源可持续性发展评价存在一个尺度问题,不能评价区域间的可持续发展状况,也不能反应生态环境受到压迫强度的相对大小[9]。为了反应水资源环境受压迫程度,采用水资源生态压力指数计算公式为:

(4)

式中:当WPI>1时,该区域水资源处于不可持续发展状态;0

2.2 参数确定

文章采用的参数全球均衡因子γ和水资源全球平均生产力P采用已有的研究文献[8]取参考值5.19、 3140 m3/hm2;ψ为水资源产量因子的计算公式[10]为:

(5)

式中:pw为该地区水资源平均生产能力。由公式(5)算得成都、自贡、泸州、德阳、内江、资阳各市的产量因子,分别为1.92 、1.06 、1.58 、1.44 、0.89 、1.35。

3 结果分析

3.1 水资源生态足迹

通过方程(1)计算出2010—2021年沱江流域内各市的人均水资源生态足迹,从2010—2021年沱江流域的人均水资源生态足迹在0.2～0.8之间,总体为先上升后下降的变化趋势。各市12a的人均水资源生态足迹变化趋势为,成都市和德阳市人均水资源生态足迹总体变化趋势为逐步降低;自贡市人均水资源生态足迹在0.45上下起伏;内江市和资阳市人均水资源生态足迹为先增加后减少的趋势;除泸州市外流域内各市从2016年起人均水资源足迹总体均呈现为下降趋势,表明近几年国家节水行动取得成效,居民节水意识得到提升;泸州市人均水资源生态足迹表现为先缓慢上升再稳定的状态,到2017年达到0.44后趋于稳定。各市人均水资源生态足迹均有向0.45稳定发展的趋势;流域域内各市人均生态足迹差异较小。

将2010—2021年流域内各市水资源生态足迹的子账户水资源生态足迹所占比列变化计算出,沱江流域各市水资源生态足迹组成所占百分比,见表1。

表1 沱江流域各市水资源生态足迹组成所占百分比 %

由表中显示可知,水资源生态足迹的主要贡献者为农业,从2010—2021年农业水资源生态足迹均占到总水资源生态足迹的40%及以上;在2010年工业水资源生态足迹是水资源生态足迹的次要贡献者,随着国家节水行动的开展,工业用水大量降低,至2016年与生活水资源生态足迹占比相当,至2021年除泸州市外流域内各市工业水资源生态足迹占比均降到10%以下;子账户水资源生态足迹最低占比为生态水资源生态足迹。2010—2021年泸州市除工业水资源生态足迹,其他子账户水资源生态足迹均有上升;2010—2016年内江市农业水资源生态足迹从46.78提高到了82.31是内江市2010—2021年总水资源足迹提高主要原因,其他各市虽然农业水资源生态足迹比例上升了,但农业水资源生态足迹量保持稳定。各市工业水资源生态足迹均大幅降低,最高为自贡市,降低了31.11%,最低为资阳市降低了15.42%。生活水资源生态足迹量除成都市和泸州市,其他各市保持稳定,成都市常住人口由2010年的1400万人增长到了2021年的2100万人是生活水资源生态足迹增长的根本原因;生态水资源生态足迹均占比低,除德阳市外无明显变化,德阳市生态水资源足迹增长5.51%。

3.2 水资源生态承载力

根据公式(2)计算出沱江流域内各市的人均水资源生态承载力,2010—2021年沱江流域内各市人均水资源承载力,见图2。由图2可知,流域内泸州市水资源生态承载力最高,其他各市差异不大,内江市最低。泸州市水资源丰富常住人口相对较少,因此人均水资源生态承载力的年纪变化明显,其他各市年纪变化相对稳定。

图2 2010—2021年沱江流域内各市人均水资源承载力

3.3 水资源生态盈亏状况

根据公式(3)计算出沱江流域内各市水资源生态盈亏指数,2010—2021年沱江流域内各市水资源生态状况,见图3。整体来看,沱江流域各市的水资源状况处于水资源平衡状态,从2017年开始各市水资源生态状况得到改善,至2019年流域内各市水资源生态均达到生态盈余的状态;泸州市水资源禀赋较好,对该地区经济和社会的发展有较强的支撑力;内江市水资源承载力较弱,水资源从2013—2018年均处于过载状态,经过一系列的节水措施和宣传,内江市水资源生态状况逐渐改善,到2019年达到水资源生态平衡;在2017年之后流域内各市的水资源生态状况均得到了改善,除内江市外均处于生态盈余状态。

图3 2010—2021年沱江流域内各市水资源生态状况

3.4 水资源生态压力指数

2010—2021年沱江流域内各市水资源压力指数,2010—2021年沱江流域内各市水资源压力指数,见图4。由图4可以看出,流域内各市水资源生态压力表现为先增加后减少的趋势,到2017年水资源生态压力最大,其中内江市达到最高3.12,之后生态压力得到缓解至2019年流域内各市水资源生态压力均<1处于可持续发展状态。

图4 2010—2021年沱江流域内各市水资源压力指数

4 结 论

文章结合水资源生态足迹理论对沱江流域内各市近12年的水资源安全状况分析,得到结论如下:

1)整体来看沱江流域内各市的水资源均处于安全状态,2019—2021年各市的水资源生态均处于生态盈余状态,水资源生态压力在逐渐减小,当地水资源可支撑该地区社会经济持续发展。

2)流域内农业水资源生态足迹为总水资源生态足迹的主要贡献者,其次为生活与工业,最后为生态。由数据可知,各市工业用水量大幅降低产业节水效果较好;农业用水量稳步发展,为降低水资源生态足迹的突破点。

3)流域内水资源生态状况存在一定差异,内江市水资源承载力相对其他各市较低,水资源生态在计算的12a中有7a处于过载状态,2021年农业水资源生态足迹在内江市总水资源生态足迹中占69.76%,应提高农业用水效率及节水意识、优化产业结构,以促进内江市水资源和社会经济的可持续发展。泸州市水资源禀赋较好,具有较强的水资源开发利用潜力。