安陽市水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力研究*

張志高，丁浩，龐菲菲，云慧雪

（安陽師范學(xué)院資源環(huán)境與旅游學(xué)院，河南安陽455002）

安陽市水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力研究*

張志高，丁浩，龐菲菲，云慧雪

（安陽師范學(xué)院資源環(huán)境與旅游學(xué)院，河南安陽455002）

利用水資源生態(tài)足跡分析方法對安陽市2005～2014年的水資源生態(tài)足跡、生態(tài)承載力進行了計算分析。結(jié)果表明，2005～2014年安陽市人均水資源生態(tài)足跡均值為0.45hm2/cap，且呈波動下降趨勢。其中生產(chǎn)用水生態(tài)足跡占水資源生態(tài)足跡比重最大，達(dá)82.8%～91.4%，生活用水足跡其次，生態(tài)用水足跡最小，但呈上升趨勢。安陽市水資源人均生態(tài)承載力較小，在0.048hm2/cap～0.068hm2/cap之間，受氣候、水文起伏波動較大。安陽市2005～2014年間，水資源生態(tài)足跡均處于赤字狀態(tài)，說明安陽市水資源利用長期以來一直是不可持續(xù)的。近10年來，安陽市萬元GDP水資源生態(tài)足跡整體呈較快下降趨勢，表明安陽市水資源利用效率正逐步提高。

水資源；生態(tài)足跡；生態(tài)承載力；可持續(xù)發(fā)展；安陽市

生態(tài)足跡（ecologicalfootprint）最早是由加拿大生態(tài)經(jīng)濟學(xué)家Rees等于1992年提出的一種定量衡量可持續(xù)發(fā)展的模型[1]。該方法將一定區(qū)域內(nèi)維持人口消費水平下的自然資源消費量和吸納所產(chǎn)生的廢棄物所需的生態(tài)生產(chǎn)性土地分為可耕地、林地、草地、建筑用地、化石能源用地和水域等6種類型，通過測算所需的土地面積以及該區(qū)域的生態(tài)承載力，據(jù)此來探尋可持續(xù)發(fā)展的路徑[2-3]。生態(tài)足跡模型的計算方法直觀明了、評價結(jié)果可進行區(qū)域?qū)Ρ龋芸飓@得了國際機構(gòu)、政府部門和學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，已被廣泛應(yīng)用于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的評價[4-6]。水是生命之源，對維持生態(tài)環(huán)境和社會生產(chǎn)具有不可替代的作用，國內(nèi)外許多學(xué)者陸續(xù)提出了水資源生態(tài)足跡概念及計算方法，并將其納入到生態(tài)足跡中去，并借此來科學(xué)地評價區(qū)域水資源的可持續(xù)利用狀況[6-7]。

位于河南省最北部晉、冀、豫三省交界處的安陽市人均水資源量不足350 m3，僅為全國水平的1/7，世界的1/28，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際公認(rèn)的人均1000 m3的缺水下限，水資源的開發(fā)利用已接近極限，是全省乃至全國水資源最緊缺的地區(qū)之一，已成為制約安陽市經(jīng)濟發(fā)展的重要因素[8]。本文基于生態(tài)足跡理論，利用水資源生態(tài)足跡模型來分析安陽市水資源可持續(xù)利用狀況，以期對安陽市水資源開發(fā)、合理利用及科學(xué)管理等提供參考。

1 研究區(qū)概況

安陽地處晉、冀、豫三省交匯處，西依太行山東麓，東接黃淮海平原，面積7413 km2，人口542萬，轄1市5縣4區(qū)。安陽市氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量為606 mm，降水年內(nèi)分配極為不均，6～9月降水量占全年降水量的70%～80%。安陽市河流多屬于雨水補給類型，水位變化深受降水的季節(jié)變化和年際變化的影響，夏秋水位高，冬春為枯水期。安陽市大部分屬于海河流域的漳衛(wèi)南運河水系，主要河流有衛(wèi)河、漳河、洹河（安陽河）、湯河、淇河等，滑縣東部屬黃河流域。安陽市多年平均水資源總量約為10.9億m3。全市共有水庫157座，全市有大型水庫1座，中型水庫8座，小型水庫148座，總庫容4.74億m3。全市平均徑流深139.7 mm，徑流總量11.3億m3（不含跨境引水），人均占有徑流量207 m3，公頃平均占有徑流量2760 m3，均低于全國的平均水平。

2 研究方法

2.1 水資源生態(tài)足跡賬戶核算對象

根據(jù)水資源利用情況，參考黃林楠等[6]的研究成果，將安陽市用水分為生活用水、生產(chǎn)用水和生態(tài)環(huán)境用水三大類。生活用水主要為城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民生活用水，生產(chǎn)用水包括各類型產(chǎn)業(yè)用水，生態(tài)環(huán)境用水可分為河道內(nèi)、外用水，河道內(nèi)用水包括為改善江河湖泊等水環(huán)境所需用水，河道外用水主要為維持城市環(huán)境等所需水量[9]。

2.2 水資源生態(tài)足跡模型

在前人研究基礎(chǔ)上，結(jié)合安陽市實際用水狀況，將水資源分為生活用水足跡、生產(chǎn)用水足跡和生態(tài)環(huán)境水足跡三類分別進行計算。水資源生態(tài)足跡計算模型如下[6]：

其中，EFw為水資源總生態(tài)足跡（hm2），N為區(qū)域人口總數(shù)，efw為區(qū)域人均水資源生態(tài)足跡（hm2/cap），γw為水資源全球均衡因子，W為區(qū)域人均消耗水資源量（m3），Pw為全球水資源平均生產(chǎn)能力（m3/hm2）[2]。區(qū)域水資源總生態(tài)足跡即為EFw=EFdw+ EFjw+EFew。

2.3 水資源生態(tài)承載力模型

水資源生態(tài)承載力兼具自然屬性和社會屬性，是指一個國家或地區(qū)在某一發(fā)展階段，以可持續(xù)發(fā)展為前提，其水資源能

ECw為水資源生態(tài)承載力（hm2），ecw為人均水資源承載力（hm2/cap），N為總?cè)丝跀?shù)，Ψw為區(qū)域水資源產(chǎn)量因子，γw為水資源全球均衡因子，Q為水資源總量（m3），Pw為全球水資源的平均生產(chǎn)能力（m3/hm2）。

2.4 生態(tài)盈余/赤字

水資源生態(tài)盈余為一個國家或地區(qū)的水資源生態(tài)足跡與水資源生態(tài)承載力的差值，該差值可用來判斷一個地區(qū)水資源的可持續(xù)利用情況，其公式如下：

式中：若E<0，表示水資源生態(tài)承載力小于生態(tài)足跡，有水資源生態(tài)赤字，其水資源處于虧損狀態(tài)，經(jīng)濟發(fā)展不可持續(xù)。若E=0，表示水資源生態(tài)承載力等于其生態(tài)足跡，為水資源生態(tài)平衡狀態(tài)。若E>0，則表示水資源生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡，該地區(qū)水資源充足，處于生態(tài)盈余狀態(tài)，可以維持區(qū)域的良性發(fā)展。

2.5 模型中參數(shù)的確定

參考有關(guān)研究成果，取全球水資源的平均生產(chǎn)能力（Pw）為3140 m3/hm2[5]，水資源全球均衡因子（γw）采用世界自然基金會（WWF）2002年核算值5.19。同時為使結(jié)果更具有可比性和統(tǒng)一性，需要產(chǎn)量因子這個參數(shù)以使各地區(qū)同類生物生產(chǎn)性土地之間具有可比性。其計算公式如下：

其中γg是全球多年來平均單位面積的產(chǎn)水量，γag是一個國家或區(qū)域多年來平均單位面積的產(chǎn)水量。安陽市多年平均水資源總量為10.9018億m3，安陽市面積約7413 km2。求得安陽市的產(chǎn)量因子約0.47。

2.6 數(shù)據(jù)來源

人均消耗水資源量（W）、水資源總量（Q）等數(shù)據(jù)源于2005～2014年《安陽市水資源公報》、人口數(shù)（N）和GDP等數(shù)據(jù)來自《安陽市統(tǒng)計年鑒》。為當(dāng)?shù)厝祟惡透鞣N生物的生存和發(fā)展所能提供最大的服務(wù)和保障支撐能力。一個地區(qū)的水資源總量為地表水資源與地下水資源的總和（減去重復(fù)計算的量），但是水資源不能被過度開發(fā)，否則可能引起生態(tài)環(huán)境的惡化，根據(jù)有關(guān)研究成果，一個國家和地區(qū)的水資源承載力中必須至少扣除60%用于維持生態(tài)環(huán)境[9]，因此在水資源承載力的計算中要乘以系數(shù)0.4。則水資源生態(tài)承載力計算的模型為：

3 結(jié)果與分析

收集、整理和計算安陽市2005～2014年水資源指標(biāo)等數(shù)據(jù)，按照上述計算模型，計算安陽市水資源生態(tài)足跡（表1和圖1）、生態(tài)承載力（表2和圖2）和生態(tài)盈余（圖3）。

3.1 安陽市水資源人均生態(tài)足跡

從安陽市水資源生態(tài)足跡計算結(jié)果來看（表1和圖1），總體上安陽市2005～2014年水資源人均生態(tài)足跡呈波動下降趨勢，由2005年的0.486 hm2/cap下降到了2014年的0.407 hm2/cap（圖1)，下降幅度16.24%。其中，2006～2011年水資源人均生態(tài)足跡持續(xù)下降，在2011達(dá)到近10年來的最低值0.362 hm2/cap，相比2006年下降約31.8%，此后又開始上升，在2013年達(dá)到階段高峰后又開始下降。在水資源生態(tài)足跡各賬戶中，安陽市2005～2014年生產(chǎn)用水生態(tài)足跡占了水資源生態(tài)足跡的絕大部分，占比均在82.8%以上，且生產(chǎn)用水足跡與水資源生態(tài)足跡有相似的變化趨勢，反映出生產(chǎn)用水足跡決定了水資源生態(tài)足跡變化。其次為生活用水生態(tài)足跡，平均占比約為9.5%。生態(tài)環(huán)境需水賬戶水資源生態(tài)足跡平均為0.016 hm2/cap，占比約為3.5%，占水資源總的生態(tài)足跡比重較小。近十年來，從各類用水的發(fā)展趨勢來看，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡占比呈逐年減小趨勢，從2005年的91.11%減少到2014年的83.55%，但依然占據(jù)水資源總足跡的大部分。生活用水生態(tài)足跡所占的比例總體上呈逐年上升的態(tài)勢，由2005年的8.60%增加到了2014年的12.03%，這與近些年來安陽市經(jīng)濟、社會的快速發(fā)展存和人民生活水平的提高一定的關(guān)系。安陽市生態(tài)環(huán)境需水所占的比例在1.51%上下波動上升，但整體用水量較小，2008年安陽市的生態(tài)環(huán)境用水0.29%猛增到8.81%，說明安陽市在2008北京奧運會期間對環(huán)境生態(tài)保護所做出了巨大努力。

3.2 安陽市水資源生態(tài)承載力動態(tài)變化趨勢分析

從生態(tài)承載力計算結(jié)果（表2和圖2）來看，2005～2014年安陽市人均生態(tài)承載力各年份之間波動起伏較大，最大值年份為2010年，最高達(dá)0.0656 hm2/cap，而最低的年份2013年僅有0.0480 hm2/cap，減少30%，并有波動下降趨勢。2010年人均生態(tài)承載力達(dá)到十年中的最高值，原因是2010年為安陽的豐水年，年全市平均降水量641.9 mm，折合降水總量47.2060億m3，與上年相比增加8%，比多年均值增加19.3%。而2011～2014年安陽市水資源人均生態(tài)承載力則呈急劇下降趨勢，2013年達(dá)到十年間最低值0.0480 hm2/cap，原因是2011～2014年安陽市為平水年，期間水資源總量與安陽市多年水資源平均值相比減少1億m3以上。總的來說安陽市水資源人均生態(tài)承載力波動較大，主要是由于安陽市水資源量的主要來源是降水，而安陽屬于暖溫帶季風(fēng)氣候，降水的季節(jié)和年際變化較大。因此水資源總量的時間分布極不均勻，即安陽市水資源生態(tài)承載力的波動極大。

表1 安陽市2005～2014年人均水資源生態(tài)足跡單位：（hm2/cap）

圖1 安陽市2005～2014年人均水資源生態(tài)足跡賬戶變化

表2 安陽市2005～2014年水資源生態(tài)承載力

圖2 安陽市2005～2014年人均水資源生態(tài)承載力變化

3.3 安陽市水資源生態(tài)盈余動態(tài)

2005～2014年安陽市水資源人均生態(tài)足跡遠(yuǎn)高于承載力，10年間水資源生態(tài)盈余全都小于0（圖3），說明其水資源不足以支持其負(fù)荷，安陽市需要節(jié)約用水或從其他地區(qū)調(diào)水用以維護當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。2006年是人均生態(tài)赤字最高的年份達(dá)-0.4580 hm2/cap，從2006～2011年開始上升，上升到2011年的-0.3085 hm2/cap。而2011～2014年波動尤為劇烈，從2011年的-0.3085 hm2/cap急劇下降，減少到2013年的-0.3571 hm2/cap，十年內(nèi)的最低值。2014年又快速上升到10年內(nèi)的最高值-0.2922 hm2/cap，說明安陽市人均生態(tài)盈余受人均生態(tài)足跡的影響大，且波動較大，狀態(tài)極不穩(wěn)定。近十年來，安陽市水資源生態(tài)赤字E總體上呈波動減小趨勢，說明安陽市用水效率逐步提高，生態(tài)赤字狀況得到緩解，但生態(tài)赤字E在0.31 hm2/cap以上，水資源生態(tài)赤字問題仍比較嚴(yán)重。

圖3 安陽市2005～2014年人均水資源生態(tài)盈余

圖4 安陽市2005～2014年萬元GDP水資源生態(tài)足跡

3.4 安陽市萬元GDP水資源生態(tài)足跡

萬元GDP水資源生態(tài)足跡為某一特定區(qū)域內(nèi)水資源生態(tài)足跡（EF）與國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的比值，反映了某一地區(qū)科學(xué)用水效益的水平。安陽市萬元GDP水資源生態(tài)足跡總體呈明顯下降的趨勢（圖4），從2005年的0.4694 hm2減少到2014年的0.1140 hm2，下降幅度達(dá)76%，說明10年來安陽市的水資源利用效率不斷提高。

4 討論與結(jié)論

安陽市2005～2014年水資源人均生態(tài)足跡整體呈波動減小趨勢，平均值0.45hm2/cap，小于我國東部地區(qū)的江蘇、浙江等地[6]。

2005～2014年安陽市水資源賬戶中，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡在水資源生態(tài)足跡中的比重最大，超過82.8%，生活用水生態(tài)足跡平均占比9.5%，生態(tài)環(huán)境需水生態(tài)足跡在水資源賬戶中所占比重最小，約為3.5%。近十年來，生產(chǎn)用水足跡總體上呈下降的趨勢，生活用水生態(tài)足跡中，隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，城鎮(zhèn)居民用水的生態(tài)足跡逐年持續(xù)上升，農(nóng)村居民用水生態(tài)足跡逐年持續(xù)下降，生態(tài)環(huán)境需水生態(tài)足跡總體上呈逐年上升的趨勢。

2005～2014年，安陽市人均水資源生態(tài)承載力在0.048 hm2/cap～0.068 hm2/cap之間，平均約為0.06 hm2/cap，相比其它水資源豐富地區(qū)，安陽市人均水資源生態(tài)承載力較小，遠(yuǎn)小于水資源生態(tài)足跡，且近十年來波動幅度較大，這跟安陽降水的季節(jié)和年際變化大有關(guān)。

2005～2014年，安陽市水資源生態(tài)赤字呈波動減小趨勢，萬元GDP水資源生態(tài)足跡整體亦呈顯著下降趨勢，說明對水資源的利用效率在逐漸提高，安陽市水資源生態(tài)赤字狀況得到緩解。

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Study on Ecological Footprint and Ecological Carrying Capacity of Water Resources in Anyang City

Zhang Zhigao,Ding Hao,Pang Feifei,Yun Huixue
（Department ofResources Environment and Tourism,AnyangTeachers College Anyang455002,Henan）

By using the ecological footprint analysis method,the ecological footprint andecological carrying capacity of water resources in Anyang from 2005 to 2014 were analyzed and calculated.The results show that the average value is 0.45 hm2/cap of the ecological footprint of water resources from 2005 to 2014 in Anyang urban,and the trend is decreasing.The ecological footprint ofwater in production accounted for the largest proportion ofecological footprint ofwater resources,reaching 82.8%～91.4%,followed by water footprint for human.The ecological water footprint was the smallest,but it showed an increasing trend.For Anyang urban,its per capita ecological carrying capacity of water resources is small of 0.048hm2/cap～0.068hm2/cap and fluctuate with climate and hydrological ups and downs.At the seem period,the ecological footprint of water resources are in a deficit state,indicating that the use ofwater resources in Anyang has long been unsustainable.In the past 10 years,theecological footprint of GDP water resources in Anyang has shown a rapid declining,which indicating that the utilization efficiency ofwater resources in Anyangis gradually increasing.

Water resources,the ecological footprint,the ecological carrying capacity,sustainable development and Anyangcity

X821

A

1673-9000（2017）04-0022-04

2017-03-07

河南省高等學(xué)校重點科研項目（16A170006）。

張志高(1986-)，男，河南許昌人，講師，博士，主要從事資源管理等方面研究。