基于生態(tài)足跡模型的浙江省水資源生態(tài)承載力評價研究

湯冠華,劉 永

(1.紹興市水利局,浙江 紹興 312000;2.紹興市水利水電勘測設計院,浙江 紹興 312000)

1 問題的提出

浙江省是“江南水鄉(xiāng)”,但水鄉(xiāng)亦愁水,浙江省降雨豐沛、集中,但人均水資源量偏少,水資源的空間分布不平衡,與人口、經濟布局差異度大。隨著浙江省經濟社會的快速發(fā)展,由水資源大規(guī)模開發(fā)利用引起的水資源生態(tài)系統(tǒng)平衡破壞以及承載力下降等一系列問題日益凸顯。因此,為促進浙江省水資源可持續(xù)發(fā)展及科學規(guī)劃、有效利用和節(jié)約保護水資源,有必要對浙江省水資源生態(tài)承載力問題進行探討及研究。

本文將Wackernagel的生態(tài)足跡理論應用于浙江省水資源生態(tài)承載力系統(tǒng)研究中,構建水資源生態(tài)承載力模型,引入水資源生態(tài)承載力評價指標,分析計算浙江省水資源生態(tài)供給和需求能力,在此基礎上對全省的水資源生態(tài)承載力進行評價。

2 生態(tài)足跡

2.1 生態(tài)足跡理論

生態(tài)足跡(Ecological Footprint),又稱生態(tài)占用,是一種從系統(tǒng)學和生態(tài)學的角度衡量人類對自然資源利用程度的方法,通過估算支持特定人口的資源消費及其產生的廢棄物吸收所需的生態(tài)生產力的土地面積,與其生態(tài)承載力進行比較,可判斷區(qū)域的發(fā)展是否處于生態(tài)承載力的安全范圍之內,從而衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展狀況[1]。

2.2 水資源生態(tài)足跡理論

根據(jù)生態(tài)足跡理論,在水資源范疇內,生態(tài)足跡是指在特定人口和經濟規(guī)模下維持水資源消費與自然環(huán)境所必須的生態(tài)生產性面積,將消耗的水資源轉換為相應賬戶的生產性土地面積并對其均衡化,即可得不同區(qū)域可以相互比較的均衡值[2]。主要包括維持、凈化自然環(huán)境對水的需求過程以及區(qū)域生產、生活中水資源的消費過程。

3 生態(tài)足跡模型建立

3.1 水資源生態(tài)足跡模型

水資源生態(tài)足跡主要包括生活用水、生產用水、生態(tài)用水生態(tài)足跡?；谒Y源生態(tài)足跡理論,水資源生態(tài)足跡模型可表示為:

式中:EFw、efw分別為水資源生態(tài)足跡(hm2)、人均水資源生態(tài)足跡(hm2/人);EFlw為生活用水生態(tài)足跡,指居民生活用水在某一時段內的需求,包括城市居民生活用水和農村生活用水(hm2);EFpw為包括工業(yè)用水、農業(yè)灌溉用水、林牧漁業(yè)用水(hm2);EFew為生態(tài)環(huán)境用水足跡,指區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善對水資源的需求過程,包括生態(tài)用水與環(huán)境配水(hm2);N為區(qū)域人口總數(shù)(人);γw為水資源的均衡因子;Pw為區(qū)域水資源平均生產能力(m3/hm2)。Wl、Wp、We分別為生活用水量消耗量、生產用水消耗量、生態(tài)用水消耗量(m3);eflw、efpw、efew分別為人均生活用水生態(tài)足跡、人均生產用水生態(tài)足跡、人均生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)足跡(hm2/人)。

3.2 水資源生態(tài)承載力模型

水資源生態(tài)承載力可定義為:在某一具體歷史發(fā)展階段,區(qū)域水資源對該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展與經濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的支撐能力。區(qū)域的水資源開發(fā)利用率若超過30%～40%,可能導致生態(tài)環(huán)境的惡化[3],因此在區(qū)域水資源生態(tài)承載力中須至少扣除60%用于維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康,維護生態(tài)平衡。由以上分析,水資源生態(tài)承載力模型可表示為[4]:

式中:ECw為水資源生態(tài)承載力(hm2);ecw為人均水資源生態(tài)承載力(hm2/人);yw為區(qū)域水資源產量因子;Qw為區(qū)域水資源總量(m3)。

3.3 水資源生態(tài)承載力評價模型

3.3.1 人均水資源生態(tài)盈虧(erd)

生態(tài)盈虧即區(qū)域人均水資源生態(tài)足跡與人均水資源生態(tài)承載力之差,判斷區(qū)域水資源是處于生態(tài)赤字還是生態(tài)盈余狀態(tài),可綜合判定某區(qū)域的生產消費活動是否處于生態(tài)系統(tǒng)可承載的范圍之內,從而衡量區(qū)域水資源的可持續(xù)利用狀況。根據(jù)以上定義,水資源生態(tài)承載力模型為[5]:

式中:當erd＜0時,表明區(qū)域水資源生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡,即生態(tài)盈余,此時,區(qū)域的水資源處于可持續(xù)利用狀態(tài),區(qū)域內的水資源量不但可以保證良好的生態(tài)環(huán)境,還存在余量;erd＞0,即生態(tài)赤字。

3.3.2 水資源生態(tài)壓力指數(shù)(EPI)

水資源生態(tài)壓力指數(shù)為區(qū)域水資源生態(tài)足跡與水資源生態(tài)承載力的比值,可作為區(qū)域間水資源可持續(xù)利用狀況比較的評價指標,用來衡量水資源生態(tài)壓力強度的大小,它將區(qū)域水資源承載力與區(qū)域經濟發(fā)展所需要的水資源消耗量有機地結合起來,以定量和指數(shù)的形式進行水資源安全的等級測評,公式如下[6]:

式中:若EPI＞1,即區(qū)域水資源消費量大于供給量,無法可持續(xù)利用水資源,此時,水資源安全壓力隨EPI增大而增大;若0＜EPI＜1,即區(qū)域水資源消費量小于供給量,此時,水資源的開發(fā)利用處于相對安全狀態(tài);若 EPI=1,即區(qū)域水資源供需平衡。

3.3.3 萬元GDP水資源生態(tài)足跡(EFGDP)

萬元GDP水資源生態(tài)足跡是指區(qū)域水資源生態(tài)足跡與區(qū)域生產總值之比,能夠較為客觀地衡量區(qū)域水資源的利用率及其經濟增長方式,公式為:

4 浙江省水資源生態(tài)承載力評價

4.1 基礎數(shù)據(jù)和模型中參數(shù)的說明

人口數(shù)(N)和GDP數(shù)據(jù)來源于歷年《浙江省統(tǒng)計年鑒》;各部門用水量、水資源總量以及產水模數(shù)來源于歷年《浙江省水資源公報》。在參考相關文獻的基礎上,本研究取產量因子yw=2.81,均衡因子γw=5.19[4]。并且假設水資源在研究區(qū)內均勻分布,即單位面積所擁有的水量相同。

4.2 水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計算

結合給定參數(shù),根據(jù) (1)～ (5)式計算得2010年浙江省人均水資源生態(tài)足跡和水資源生態(tài)承載力(見表1)。

表1 浙江省人均水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力計算結果表 (2010年)

同理,計算出2006—2010年浙江省人均水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力(見表2)。

表2 浙江省水資源人均生態(tài)足跡及承載力計算結果表 (2006—2010年)

4.3 水資源生態(tài)承載力評價指標分析

根據(jù) (6) ～ (8)式,計算得浙江省2006—2010年 erd、EPI、EFGDP結果見表3,各指標變化趨勢見圖1。

表3 浙江省水資源生態(tài)承載力評價指標計算結果表 (2006—2010年)

圖1 浙江省水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力變化趨勢圖(2006—2010年)

5 結 語

(1)浙江省的人均水資源生態(tài)足跡小于浙江省人均水資源生態(tài)承載力,即浙江省水資源處于生態(tài)盈余狀態(tài),表明浙江省的水資源生態(tài)容量足以支持其生態(tài)負荷,其區(qū)域水資源利用與發(fā)展模式具有相對可持續(xù)性。

(2)浙江省水資源處于生態(tài)盈余狀態(tài),目前處于健康發(fā)展的狀態(tài),但是水資源生態(tài)承載力逐年減小,水生態(tài)足跡在無規(guī)則地緩慢增大。綜合來看,浙江省亟需轉變生產、生活消費方式,建立節(jié)約型水資源消費體系,有效減少對水資源的消耗,同時,加強水污染控制,減少浙江省生態(tài)用水足跡,加強生態(tài)保護和恢復,提高水資源生態(tài)承載力,以實現(xiàn)浙江省水資源的可持續(xù)利用。

(3)2006—2010年,水資源壓力指數(shù)始終保持在較低水平,遠小于1,說明浙江省水資源供給量大于消費量,水資源開發(fā)利用處于安全狀態(tài),本省的水資源開發(fā)利用具有很大空間,實現(xiàn)了水資源的可持續(xù)利用,促進了浙江省的生態(tài)良性發(fā)展和經濟可持續(xù)發(fā)展。

(4)浙江省近5 a萬元GDP水資源生態(tài)足跡逐漸降低,2009—2010年降速加快,表明浙江省水資源開發(fā)和利用率在不斷提高。

[1]Wackernagel M,Rees W E.Our Ecological Footprint:Reducing Human Impact on the Earth[M].Gabriela Island:New Society Publishers,1996.

[2]Moratilld,Fernando Esteban,et al.The waterfootprint in Spain[J].Revista de Obras Publicas,2010,3514(10):21-38.

[3]張岳.中國水資源與可持續(xù)發(fā)展[M].南寧:廣西科學技術出版社,2000.

[4]黃林楠,張偉新,姜翠玲,等.水資源生態(tài)足跡計算方法[J].生態(tài)學報,2008(03):1279-1286.

[5]孫芳玲.山東省水資源生態(tài)足跡研究[D].濟南:山東師范大學,2011.

[6]譚秀娟,鄭欽玉.我國水資源生態(tài)足跡分析與預測 [J].生態(tài)學報,2009(07):3559-3568.