四川省水資源生態(tài)足跡及可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)*

李逢港 劉 偉# 董戰(zhàn)峰 賈植杰 李沁芮

(1.成都信息工程大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610225;2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012)

水資源是一切生物賴以生存發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展有著至關(guān)重要的作用[1-3]。2019年中國(guó)人均水資源量為2 074 m3，不足世界人均水平的1/3[4]，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用迫在眉睫。聯(lián)合國(guó)發(fā)布的《變革我們的世界：2030可持續(xù)發(fā)展議程》確定了17項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，其中目標(biāo)6：清潔飲水和衛(wèi)生設(shè)施即是確保所有人用水和衛(wèi)生設(shè)施的可用性和可持續(xù)管理[5]。在全球可持續(xù)發(fā)展的背景下，中國(guó)積極實(shí)施國(guó)家節(jié)水行動(dòng)，提高用水效率，推動(dòng)水資源可持續(xù)利用。水資源可持續(xù)利用逐步成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[6-7]，而水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)是水資源可持續(xù)管理的基礎(chǔ)和前提，對(duì)水資源合理開發(fā)、利用、管理和保護(hù)具有指導(dǎo)作用。

目前有關(guān)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)的研究取得了一定進(jìn)展。KANG等[8]、ZHOU等[9]從環(huán)境保護(hù)、維護(hù)能力、經(jīng)濟(jì)效率、社會(huì)公平角度出發(fā)，對(duì)韓國(guó)金河流域、中國(guó)金沙江流域開展了水資源可持續(xù)性評(píng)價(jià);GAO等[10]、YU等[11]、IORIS等[12]從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)層面建立水資源綜合管理指標(biāo)體系，探索評(píng)價(jià)了山東省、北京市、蘇格蘭迪河和巴西西諾斯河水資源可持續(xù)利用情況;RYU等[13]選取徑流、耕地面積、森林面積、居住和工業(yè)用地等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)美國(guó)某平原的水資源情況;有學(xué)者基于可持續(xù)發(fā)展理論，從水資源狀況、水資源開發(fā)利用水平、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并對(duì)中國(guó)大陸三大經(jīng)濟(jì)帶、福建省及淮河流域水資源可持續(xù)利用水平進(jìn)行了評(píng)價(jià)[14-16]。水資源生態(tài)足跡是評(píng)價(jià)水資源可持續(xù)利用水平的重要工具，目前研究主要從資源-環(huán)境-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)、水資源開發(fā)-基礎(chǔ)設(shè)施利用等層面建立指標(biāo)體系，尚缺少與水資源生態(tài)足跡指標(biāo)相結(jié)合，明晰人口和經(jīng)濟(jì)對(duì)水資源需求影響的評(píng)估體系。四川省是長(zhǎng)江上游重要水源涵養(yǎng)地和黃河上游重要的水源補(bǔ)給區(qū)，其水資源可持續(xù)利用水平對(duì)筑牢長(zhǎng)江黃河上游生態(tài)安全屏障、推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和黃河流域高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。本研究以四川省為例，結(jié)合水資源生態(tài)足跡指標(biāo)，以壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型為框架建立水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)法和綜合指數(shù)法評(píng)估四川省水資源可持續(xù)利用水平，以期豐富水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建方法，同時(shí)為協(xié)調(diào)生活、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和生態(tài)環(huán)境用水需求提供科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)域概況

四川省位于我國(guó)西南部，地理位置界于26°03′N～34°19′N，97°21′E～108°12′E。全省東西長(zhǎng)1 075 km，南北寬921 km，共轄18個(gè)地級(jí)市、3個(gè)自治州。全省水資源多年平均為2 615.48億m3，但由于時(shí)空分布不均，易形成季節(jié)性缺水和區(qū)域性缺水。

2 研究方法

2.1 水資源生態(tài)足跡計(jì)算方法

水資源生態(tài)足跡用于衡量四川省一定人口和經(jīng)濟(jì)對(duì)水資源的需求能力[17-18]。根據(jù)用水類型，將水資源生態(tài)足跡分為生產(chǎn)用水、生活用水、生態(tài)環(huán)境用水3類并依據(jù)式(1)進(jìn)行計(jì)算。利用單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)水資源生態(tài)足跡來(lái)衡量四川省水資源利用效率[19]，按式(2)進(jìn)行計(jì)算。

EFW=N×efW=N×γW×(W/PW)

(1)

TSW=EFW/G

(2)

式中：EFW為水資源生態(tài)足跡，hm2;N為人口總量，人;efW為人均水資源生態(tài)足跡，hm2/人;γW為水資源全球均衡因子;W為人均消耗的水資源量，m3/人;PW為水資源全球平均生產(chǎn)能力，m3/hm2;TSW為單位GDP水資源生態(tài)足跡，hm2/萬(wàn)元;G為GDP，萬(wàn)元。

2.2 水資源生態(tài)承載力計(jì)算方法

水資源生態(tài)承載力表示水資源能夠維持該區(qū)域人口和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的能力[20-21]，計(jì)算方式見式(3)。

ECW=N×ecW=0.4×ψ×γW×(Q/PW)

(3)

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;ψ為水資源產(chǎn)量因子;Q為水資源總量，m3;0.4為除去維持生物多樣性和生態(tài)自身發(fā)展的水資源系數(shù)。

2.3 水資源生態(tài)盈余計(jì)算方法

利用水資源生態(tài)盈余(EDW，hm2)評(píng)價(jià)四川省水資源的可持續(xù)利用狀況[22]，EDW在數(shù)值上為水資源生態(tài)承載力與水資源生態(tài)足跡之差。若EDW>0，表示水資源為生態(tài)盈余;若EDW<0，則表示水資源為生態(tài)赤字;若EDW=0，則生態(tài)平衡。

2.4 水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)方法

PSR模型是目前應(yīng)用較多、普適性較好的環(huán)境經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)關(guān)系框架模型[23]。遵循科學(xué)性、不重復(fù)性、可操作性等篩選原則，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)方面篩選主要指標(biāo)，并綜合水資源生態(tài)足跡指標(biāo)(水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)盈余)構(gòu)建了水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用熵權(quán)法[24]對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值(見表1)，將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)按照其對(duì)應(yīng)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和，可得壓力指數(shù)、狀態(tài)指數(shù)、響應(yīng)指數(shù)及綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

表1 水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Comprehensive evaluation index system for sustainable utilization of water resources

2.5 數(shù)據(jù)來(lái)源

水資源總量、生產(chǎn)用水量、生活用水量、生態(tài)環(huán)境用水量等數(shù)據(jù)來(lái)源于2010—2019年四川省水資源公報(bào)，人口及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)來(lái)源于2011—2020年四川省統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒。水資源生態(tài)足跡計(jì)算參數(shù)參考文獻(xiàn)[25]的研究結(jié)果，其中γW取值為5.19;PW取值為3 140 m3/hm2;ψ取值為1.76。

3 結(jié)果與分析

3.1 四川省水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力

2010—2019年四川省人均水資源生態(tài)足跡、生態(tài)承載力計(jì)算結(jié)果見表2。2010—2019年，人均水資源生態(tài)足跡總體呈上升趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在2015年，為0.534 9 hm2/人，主要由2015年生產(chǎn)生活用水量較大導(dǎo)致，約占全省總用水量的98%。2010—2019年，四川省人均水資源生態(tài)承載力總體呈“W”型波動(dòng)趨勢(shì)，2012年最高，這可能與2012年四川省降水量高于其他年份，水資源總量明顯增大，水資源量受自然因素影響明顯有關(guān)?？傮w來(lái)說(shuō)，四川省自2011年以來(lái)開展節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，在水資源利用方面，改良工業(yè)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，水資源利用率不斷提高，在社會(huì)生活方面，居民節(jié)水意識(shí)日益增強(qiáng)，歷年人均水資源生態(tài)承載力均大于人均水資源生態(tài)足跡，水資源余量可供四川省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

表2 人均水資源生態(tài)足跡、生態(tài)承載力Table 2 Water resources ecological footprint and ecological carrying capacity per capita hm2/人

四川省2010—2019年各用水賬戶生態(tài)足跡占比見圖1，三次產(chǎn)業(yè)用水量占比見圖2。人均生產(chǎn)用水足跡在人均水資源生態(tài)足跡中年均占比為84.33%，其中2010年占比最高，為88.10%。10年間第一產(chǎn)業(yè)用水量在生產(chǎn)用水總量中占比最大，可見大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)約用水十分重要。人均生活用水足跡從2010年0.052 1 hm2/人上升到2019年0.082 7 hm2/人，增加了58.73%。人均生態(tài)環(huán)境用水足跡整體呈上升趨勢(shì)，由2010年的0.004 3 hm2/人增加到2016年的0.011 8 hm2/人，2017—2018年出現(xiàn)小幅下降;人均生態(tài)環(huán)境用水足跡在人均水資源生態(tài)足跡中占比最小，約為2%，建議可適當(dāng)增加生態(tài)環(huán)境用水量，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善。

圖1 各用水賬戶生態(tài)足跡占比Fig.1 Proportion of ecological footprint of each water account

圖2 三次產(chǎn)業(yè)用水量占比Fig.2 Proportion of water consumption of the three industries

3.2 四川省水資源生態(tài)盈余時(shí)空變化

2010—2019年四川省各市州人均水資源生態(tài)盈余見表3。從時(shí)間演進(jìn)來(lái)看，四川省人均水資源生態(tài)盈余呈“W”型波動(dòng)變化，其中，從2015年開始緩慢上升一直持續(xù)至2018年，2019年由于水資源生態(tài)承載力減小導(dǎo)致生態(tài)盈余下降，但與2010年相比增長(zhǎng)了2.15%。在全省范圍內(nèi)，攀枝花、遂寧、自貢三市的人均水資源生態(tài)盈余在2010—2019年下降較為明顯，攀枝花市下降幅度超過(guò)60%。原因是攀枝花市產(chǎn)業(yè)較發(fā)達(dá)，以裝備制造、能源化工為主，需水量大，水資源生態(tài)足跡大，而遂寧市、自貢市為水資源缺乏區(qū)，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，耗水量大，水資源開發(fā)率較低，所以水資源生態(tài)盈余降低。從四川省水資源生態(tài)盈余空間分布來(lái)看，2010、2013、2016、2019年人均水資源生態(tài)盈余在市州間呈現(xiàn)出明顯差異。西部高原區(qū)阿壩州、甘孜州人均水資源生態(tài)盈余較大，雅安市、涼山州及攀枝花市次之，東部盆地人均水資源生態(tài)盈余較小，成都市、德陽(yáng)市、遂寧市及內(nèi)江市在2016年出現(xiàn)生態(tài)赤字，水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力間矛盾突出。水資源生態(tài)盈余的區(qū)域差異與地區(qū)水資源量及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有關(guān)，西部地區(qū)水資源量較東部更為豐富，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低，水資源生態(tài)盈余較大。

表3 人均水資源生態(tài)盈余Table 3 Water resources ecological surplus per capita hm2/人

3.3 四川省水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

四川省水資源可持續(xù)利用壓力指數(shù)、狀態(tài)指數(shù)、響應(yīng)指數(shù)及綜合評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果見表4。綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最小值為2015年的0.109 6，最大值為2019年的0.212 1，這是由于2015年壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指數(shù)均較低，尤其狀態(tài)指標(biāo)中人均水資源量在10年間處于最低水平，而人均水資源生態(tài)足跡為歷年最高，水資源開發(fā)利用程度增強(qiáng)所致。2010—2019年，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)雖有波動(dòng)，但總體呈上升趨勢(shì)，表明四川省水資源可持續(xù)利用水平有所提升。整體上看，2010—2019年間壓力指數(shù)有所下降，狀態(tài)指數(shù)呈上升趨勢(shì)，響應(yīng)指數(shù)不斷增長(zhǎng)，表明四川省為推進(jìn)水資源可持續(xù)利用開展的工作成效顯著。

表4 水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Evaluation results of sustainable utilization of water resources

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

(1) 2010—2019年，四川省人均水資源生態(tài)足跡總體呈上升趨勢(shì)，各用水賬戶中，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡占比較大(年均占比84.33%)，其次為生活用水生態(tài)足跡，生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)足跡占比最小。人均水資源生態(tài)承載力較高，年際間有一定的波動(dòng)。人均水資源生態(tài)盈余呈“W”型波動(dòng)變化，累計(jì)增長(zhǎng)2.15%。全省范圍內(nèi)，人均水資源生態(tài)盈余空間分布上呈明顯差異，西部地區(qū)人均水資源生態(tài)盈余高于東部地區(qū)，成都市、德陽(yáng)市、遂寧市及內(nèi)江市在2016年出現(xiàn)生態(tài)赤字。

(2) 四川省水資源可持續(xù)利用綜合評(píng)價(jià)指數(shù)在2010—2019年有一定波動(dòng)，但總體呈上升趨勢(shì)。整體上看，2010—2019年壓力指數(shù)有所下降，狀態(tài)指數(shù)呈上升趨勢(shì)，響應(yīng)指數(shù)不斷增長(zhǎng)，表明四川省為推進(jìn)水資源可持續(xù)利用開展的工作成效顯著。

(3) 研究將水資源生態(tài)足跡指標(biāo)與PSR模型相結(jié)合，為后續(xù)協(xié)調(diào)生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境用水需求的水資源可持續(xù)性利用評(píng)價(jià)提供了參考。由于水資源系統(tǒng)在人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、氣候變化等壓力影響下日趨復(fù)雜化，其可持續(xù)性利用度量具有不確定性，多種復(fù)雜因素動(dòng)態(tài)影響有待進(jìn)一步深入研究。

4.2 建 議

(1) 加強(qiáng)水資源高效利用。生活用水、生產(chǎn)用水、生態(tài)環(huán)境用水是主要的用水賬戶，提高3個(gè)賬戶的用水效率即可促進(jìn)水資源利用。生活用水方面，實(shí)行集中供水、一水多用提高用水效率;生產(chǎn)用水方面，建議出現(xiàn)生態(tài)赤字的地區(qū)限制高耗水和低效用水產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推進(jìn)污水截流、收集、納管，將處理后污水資源化利用，提高污水再生利用率，減少單位GDP水耗，同時(shí)積極提高第三產(chǎn)業(yè)占比，提高狀態(tài)和響應(yīng)指數(shù);生態(tài)環(huán)境用水方面，通過(guò)收集雨水和中水回用以提高水資源生態(tài)承載力和水資源生態(tài)盈余。

(2) 全面推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)。加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)水，遏制農(nóng)業(yè)粗放用水，積極發(fā)展節(jié)水灌溉工程，通過(guò)技術(shù)改造提高節(jié)水能力;加強(qiáng)工業(yè)節(jié)水，加強(qiáng)用水定額管理，推廣中水回用，提高工業(yè)用水重復(fù)利用率;加強(qiáng)城鎮(zhèn)節(jié)水，推廣節(jié)水器具，控制管網(wǎng)跑冒滴漏，不斷提升城鎮(zhèn)供水、用水設(shè)施的節(jié)水能力，改善水資源供需矛盾，減少水資源生態(tài)足跡。