基于水足跡的濕地生態(tài)需水保障對策

魏曉燕，毛旭鋒，吳燕紅

(1. 中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，北京 100081;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091)

濕地是重要的國土資源和自然資源，與人類的生存和發(fā)展息息相關(guān)，是自然界最富有生物多樣性的生態(tài)景觀，也是人類最重要的生存環(huán)境之一［1］。然而，當(dāng)前世界面臨人口、資源、環(huán)境、發(fā)展等一系列重大問題，如濕地受到污染，資源過度開發(fā)，成為全球最受威脅的生態(tài)系統(tǒng)之一［2］。濕地的退化和喪失已經(jīng)嚴(yán)重影響了人類的生存，濕地類型和面積不斷減小，生物多樣性逐步喪失，濕地生產(chǎn)力和環(huán)境凈化功能日趨下降［3］。

濕地水文情勢的改變是濕地退化的重要原因。要改變濕地退化的現(xiàn)狀，就必須恢復(fù)濕地系統(tǒng)的水文情勢，提供能夠達到某種生態(tài)水平或者維持某種生態(tài)系統(tǒng)平衡所需要的水量，這部分水量就稱為生態(tài)需水量［4］。但是，如果要完全恢復(fù)濕地的水文情勢，人類生產(chǎn)、生活用水就難以得到滿足。如何在生產(chǎn)需水、生活需水及生態(tài)需水之間實現(xiàn)水資源的合理分配，是當(dāng)前面臨的一個重大問題。

在水資源日益短缺的背景下，虛擬水戰(zhàn)略是解決水資源安全的一種新措施［5-9］。虛擬水戰(zhàn)略是從系統(tǒng)的角度出發(fā)，運用系統(tǒng)方法找尋與問題相關(guān)的不同影響因素，從而找出解決問題的策略:出口高效益水資源商品，進口本地沒有足夠水資源生產(chǎn)的糧食產(chǎn)品;調(diào)整本地的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和貿(mào)易形式，解決水資源短缺和糧食安全問題，并將節(jié)約下來的有限實體水轉(zhuǎn)向用于生態(tài)環(huán)境保護［10］。虛擬水戰(zhàn)略從社會經(jīng)濟系統(tǒng)出發(fā)，尋求通過社會化管理來緩解或解決水資源短缺問題，對保護水資源，改善或恢復(fù)濕地生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)地方經(jīng)濟、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論指導(dǎo)意義和實際應(yīng)用價值［11］。

本研究以水資源嚴(yán)重短缺的白洋淀流域為例，核算該流域水足跡結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化，重點分析該流域農(nóng)業(yè)、工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的水足跡結(jié)構(gòu)，研究保障流域濕地生態(tài)需水的虛擬水策略，旨在為流域濕地的保護提供新的思路和方法。

1 研究區(qū)概況

白洋淀流域位于華北平原中部，面積31 199 km2，典型的大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫隨地勢不同而介于7.5 ～12.7℃之間，年均降雨量僅為556 mm，且80%的降雨集中在7—9 月［16］。

白洋淀在維系華北地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)平衡、調(diào)節(jié)河北平原乃至京津地區(qū)氣候、補充地下水源、調(diào)蓄洪水以及保護生物多樣性和珍稀物種資源等方面發(fā)揮著不可或缺的作用，被稱為“華北之腎”。近年來，由于人口增長、糧食需求增大、工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，白洋淀流域遭受了嚴(yán)重的水資源危機，人均水資源占有量僅僅為311 m3［12］，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界人均1 000 m3的水資源嚴(yán)重短缺的警戒線［13］。更為嚴(yán)重的是，由于從濕地生態(tài)系統(tǒng)抽取了過量的水資源，濕地的生態(tài)需水得不到保障，白洋淀的濕地生態(tài)功能不斷退化，嚴(yán)重威脅著京津地區(qū)的環(huán)境安全，引起了黨中央、國務(wù)院和地方政府的高度關(guān)注，拯救和恢復(fù)白洋淀生態(tài)系統(tǒng)已迫在眉睫［14-15］。2009 年，河北省提出將虛擬水作為重要的戰(zhàn)略手段解決水資源危機，為流域濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復(fù)提出了新方向。

為分析白洋淀流域的水足跡結(jié)構(gòu)，本研究將流域范圍內(nèi)的3 個市(保定、高碑店和定州)和20 個縣(阜平，曲陽，安國，博野，唐縣，定興，望都，順平，滿城，清苑，蠡縣，高陽，安新，雄縣，蓉城，徐水，易縣，淶水，定縣和涿州)納入研究范圍，重點分析流域內(nèi)不同產(chǎn)業(yè)的虛擬水結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化規(guī)律。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 核算方法

水足跡是分析水資源消費方式的一種有效工具［18］。為分析白洋淀流域的虛擬水足跡，本研究采用定額法進行核算。農(nóng)作物虛擬水量的核算主要參考相關(guān)文獻和資料數(shù)據(jù)［8-9，17］。農(nóng)產(chǎn)品的水足跡核算方法為:單位質(zhì)量作物的虛擬水含量乘以產(chǎn)量;

工業(yè)產(chǎn)品的水足跡核算方法為:單位產(chǎn)品的虛擬水含量乘以產(chǎn)值;第三產(chǎn)業(yè)水足跡的核算方法為:單位產(chǎn)值虛擬水含量乘以產(chǎn)值［19］。

2.2 數(shù)據(jù)來源

各類農(nóng)作物單產(chǎn)的數(shù)據(jù)來自《河北省統(tǒng)計年鑒》《河北經(jīng)濟年鑒》《保定年鑒》《保定經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》《歷年中國農(nóng)業(yè)發(fā)展報告》等數(shù)據(jù)資料等，選取2003 年，2007 年和2011 年的數(shù)據(jù)分析虛擬水結(jié)果的動態(tài)變化情況。主要農(nóng)產(chǎn)品分為2 大類11 小類:糧食類(水稻、小麥、玉米、大豆、薯類)及經(jīng)濟作物類(棉花、油料作物、甘蔗、甜菜、煙草、麻類、蠶、茶葉、水果)。保定市的工業(yè)部門主要考慮冶金業(yè)，化學(xué)工業(yè)，紡織業(yè)，服裝業(yè)，電器、機械及通信設(shè)備制造業(yè)，交通運輸設(shè)備制造業(yè)，電子儀表業(yè)，食品制造及煙草加工業(yè)，建筑業(yè)和其他工業(yè)等，第三產(chǎn)業(yè)主要考慮商業(yè)，運輸業(yè)，住宿及餐飲業(yè)和其他服務(wù)業(yè)等。

3 結(jié)果與討論

3.1 水足跡動態(tài)變化規(guī)律

圖1 描述了白洋淀流域2003 年、2007 年和2011 年的水足跡變化情況?？傮w看來，白洋淀流域的虛擬水足跡是不斷增加的，從2003 年的83.86 億m3增加到2007 年的95.87 億m3，到2011 年的108.21 億m3。從消費比例來看，農(nóng)業(yè)用水所占比例最大，達到了69%;第二產(chǎn)業(yè)用水比例占24%左右，第三產(chǎn)業(yè)用水占為7%左右。

圖1 白洋淀流域虛擬水結(jié)構(gòu)(單位:億m3)

對比3 年的虛擬水結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)水資源消耗的動態(tài)變化過程。農(nóng)業(yè)虛擬水所占比例從2003 年的70.28%上升到2007 年70.31%，又下降至2011年的68.29%。雖然農(nóng)業(yè)用水比例有所減小，但總量仍在持續(xù)增加，這說明農(nóng)業(yè)節(jié)水的潛力巨大。工業(yè)虛擬水總量略有增長，但所占比例變化不大，分別為23.33%，23.46%和25.32%，說明白洋淀流域在控制工業(yè)用水的增長方面效果較好。這3 年來，第三產(chǎn)業(yè)的虛擬水量分別為5.35 億m3，5.96 億m3和6.91 億m3，雖然占用水總量的比例維持在6%左右，但用水量在持續(xù)增加。

表1 是2003 年、2007 年和2011 年白洋淀流域3 大產(chǎn)業(yè)的不同部門的虛擬水核算結(jié)果。從表1 可以發(fā)現(xiàn)，玉米和小麥的水資源使用量是農(nóng)業(yè)用水中最多的，所占比例達到了80%左右。第二產(chǎn)業(yè)中造紙及文教用品、化學(xué)工業(yè)、金屬礦采選業(yè)、金屬冶煉及制品業(yè)以及燃?xì)夂退a(chǎn)供應(yīng)業(yè)的水資源使用量較大，達到了總使用量的50%以上。對比3 年的虛擬水核算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)部門除了種植大米所消耗的水量在減少以外，種植玉米、小麥和大豆等作物所消耗的水資源量在增加。第二產(chǎn)業(yè)中，各部門的水資源使用量均存在不同程度的增加。相同的趨勢也出現(xiàn)在第三產(chǎn)業(yè)的各部門中，而且增加的趨勢更為明顯。

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，白洋淀流域近10 年的用水總量不斷地上升，在流域降雨量減小的大趨勢下，生態(tài)用水被大量占用，生態(tài)需水難以得到保障，這是導(dǎo)致白洋淀流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐年退化甚至白洋淀干淀的重要原因［20］。水資源短缺成為白洋淀流域長期面臨的問題，僅靠實體水的轉(zhuǎn)移，如南水北調(diào)工程等，不能從根本上解決白洋淀流域水資源短缺問題。只有從戰(zhàn)略層面出發(fā)，通過改變用水結(jié)構(gòu)，調(diào)整用水方式，才可能徹底解決白洋淀流域生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水之間的矛盾。

3.2 保障流域濕地生態(tài)需水的虛擬水策略

從虛擬水核算結(jié)果來看，農(nóng)業(yè)的節(jié)水潛力最大，工業(yè)部門次之，第三產(chǎn)業(yè)的用水量增長較快，是水資源節(jié)約的關(guān)鍵點。第一產(chǎn)業(yè)可通過調(diào)整種植結(jié)構(gòu)來減少水資源消耗量。例如，小麥和玉米是白洋淀流域種植面積最大的兩種作物，水資源使用量最大，但種植的經(jīng)濟效益又偏低，減少這兩種作物的種植面積，引入耗水低、經(jīng)濟價值高的經(jīng)濟作物，通過向鄰近省市進口糧食來彌補水資源需求缺口，從而一定程度上緩解水資源壓力，保證地方糧食安全。對于第二產(chǎn)業(yè)，首先應(yīng)減少高耗水和高污染產(chǎn)業(yè)，如造紙業(yè)和化工業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)一方面會消耗大量的淡水，另一方面會產(chǎn)生大量的污水，進一步加劇生態(tài)用水短缺問題，并嚴(yán)重影響流域的水環(huán)境質(zhì)量;同時，應(yīng)引入高科技產(chǎn)業(yè)，提高水資源使用效率和水資源的重復(fù)利用率，實現(xiàn)工業(yè)增長的同時降低水資源使用量。而第三產(chǎn)業(yè)應(yīng)提高水資源的重復(fù)使用率。目前白洋淀流域水資源重復(fù)使用率僅為30%，還有很大的提升潛力?；?011 年的虛擬水核算結(jié)果，提出基于虛擬水核算的水資源策略，見表2。

表1 白洋淀流域3 大產(chǎn)業(yè)2003 年、2007 年和2011 年的虛擬水核算結(jié)果 億m3

表2 基于虛擬水核算的最低生態(tài)需水保障措施與節(jié)水效果

通過上述虛擬水策略，完全可以滿足濕地第Ⅲ等級的生態(tài)需水量。

4 結(jié) 論

在對白洋淀流域2003 年、2007 年和2011 年各產(chǎn)業(yè)虛擬水足跡進行核算的基礎(chǔ)上，全面考察了近10 年流域內(nèi)不同產(chǎn)業(yè)的真實用水量。結(jié)果顯示，白洋淀流域近10 年來虛擬水足跡是不斷增加的，從2003 年的83.86 億m3增加到2011 年的108.21 億m3，增加的比例達到29%。從水資源消耗比例來看，農(nóng)業(yè)用水所占比例最大，達到了69%，第二產(chǎn)業(yè)用水占24%左右，第三產(chǎn)業(yè)用水占7%左右。通過調(diào)整流域種植結(jié)構(gòu)，減少高污染、高耗水部門，以及提高水資源灌溉效率和水資源重復(fù)利用率等方法，每年可節(jié)約5.95 億m3水量。

5 建 議

虛擬水核算可以全面衡量流域內(nèi)不同產(chǎn)業(yè)的真實用水量，為流域水資源的分配和利用提供參考。從核算結(jié)果可以看到，白洋淀流域不同產(chǎn)業(yè)的虛擬水用水量逐漸增加，用水結(jié)構(gòu)不太合理。筆者提出以下幾點建議:

a. 減少種植面積大、效益低、耗水多的糧食作物，同時，采用相應(yīng)的技術(shù)手段提高水資源利用效率;

b. 大力推進循環(huán)經(jīng)濟，采用污水重復(fù)利用技術(shù)，進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等，以提高水資源利用效率，遏制用水量逐年增加的趨勢;

c. 注重工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，提高高耗水、高污染產(chǎn)業(yè)的準(zhǔn)入門檻，以改善水質(zhì)，節(jié)約用水，從而保證生態(tài)用水安全。

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