郭漢清，張治國，董曉輝，李有華，張勇

(1.山西農(nóng)業(yè)大學 林學院，山西 太谷 030801；2.山西省水土保持科學研究所，山西 太原 030013)

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山西省水資源生態(tài)足跡動態(tài)分析

郭漢清1，張治國2*，董曉輝2，李有華2，張勇2

(1.山西農(nóng)業(yè)大學 林學院，山西 太谷 030801；2.山西省水土保持科學研究所，山西 太原 030013)

利用水資源生態(tài)足跡模型分析了山西省2003-2012年水資源生態(tài)足跡動態(tài),以明確其水資源可持續(xù)利用狀況。結(jié)果顯示：山西省人均水資源生態(tài)足跡總體呈現(xiàn)緩慢增長趨勢，人均生態(tài)承載力變化基本平穩(wěn)，水資源一直處于赤字狀態(tài)；研究期間的萬元GDP水資源生態(tài)足跡總體呈下降態(tài)勢；水資源生態(tài)壓力指數(shù)均大于1，表明了該區(qū)的水資源利用處于不安全狀態(tài)。因此，山西省有必要采取一些有效措施調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高用水效率，改變水資源利用狀況。

山西省；水資源；生態(tài)足跡

水資源作為一種重要的自然資源，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有不可替代的作用[1,2]。近年來，從生態(tài)足跡理論出發(fā)，評價水資源動態(tài)和可持續(xù)利用狀況受到很多學者的關(guān)注[3～6]。生態(tài)足跡理論由加拿大William Rees教授于1992年提出[7]，隨后，其學生Wackcrnagcl博士對生態(tài)足跡理論進行了完善和運用[8,9]。它是度量人類對自然資源利用程度以及自然所能提供的生態(tài)支撐能力的方法，也是測度生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的定量方法之一[10]。

山西省礦產(chǎn)資源豐富，特別是煤炭、天然氣等礦產(chǎn)資源具有重要的開采價值，是山西省乃至全國能源重點開發(fā)和建設(shè)的區(qū)域，但是區(qū)內(nèi)水資源總量少、利用不太合理、水污染日趨嚴重、地下水超采嚴重等問題致使水資源供需矛盾突出。因此，本文分析了該地區(qū)2003—2012年的水資源生態(tài)足跡動態(tài)，旨在為該區(qū)水資源的可持續(xù)利用提供科學依據(jù)和決策支持。

1 研究區(qū)概況

山西省地處我國黃河中游的黃土高原地帶，地理坐標為北緯34°36′～40°44′，東經(jīng)110°15′～114°32′。全省總面積為15.6萬km2，占全國總面積的1.6%。全省年降水量400～650 mm，但季節(jié)分布不均勻，6-8月降水高度集中且多暴雨，降水量約占全年的60%以上。全省降水受地形影響很大，山區(qū)較多，盆地較少。

山西省多年平均水資源量為142億m3，河川徑流量114億m3，長期以來，山西省面臨著水資源緊缺的嚴峻形勢。人均水資源占有量僅占全國平均水平的1/5，遠低于人均1 000 m3的嚴重缺水界限，耕地每公頃水資源占有量僅為全國平均水平的1/9。國民經(jīng)濟建設(shè)以開發(fā)利用地下水作為重要的水源。

2 研究方法

2.1 水資源生態(tài)足跡模型

水資源生態(tài)足跡理論是將一定區(qū)域內(nèi)，一定的人口數(shù)量和社會經(jīng)濟條件下消費的水資源量按一定規(guī)則折算成相應(yīng)的土地面積[11]，然后在不同地區(qū)間可以相互比較。其計算模型可用下式表示[11]：

EFW=N×efw=γw×W/Pw

式中：EFW為水資源生態(tài)足跡/hm2；γw為水資源均衡因子，取6.95[12]；N為總?cè)丝跀?shù)；W為水資源用水總量/m3；efw為人均水資源生態(tài)足跡/hm2·人-1；Pw為全球水資源平均生產(chǎn)力[13]/m3·hm-2。其中，水資源生態(tài)足跡可分為生態(tài)用水足跡、生活用水足跡、生產(chǎn)用水足跡3個部分[14]。

2.2 水資源生態(tài)承載力計算模型

水資源生態(tài)承載力模型可表示為：

ECW=0.88×γw×φw×Qw/Pw

式中：ECW為水資源生態(tài)承載力/hm2；Qw為水資源總量/m3。0.88為扣除12%維持生態(tài)環(huán)境的水資源量[3]；φw取0.312[14]。

2.3 水資源可持續(xù)利用評價指標

評價指標包括：水資源生態(tài)赤字/生態(tài)盈余、萬元GDP水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)壓力指數(shù)(EPIW)等，這些指標值的計算見參考文獻[2]。

3 水資源生態(tài)足跡動態(tài)

3.1 各項用水生態(tài)足跡動態(tài)

根據(jù)水資源生態(tài)足跡計算模型計算山西省2003-2012 年水資源生態(tài)足跡，結(jié)果見表1。

分析可知，2003-2012年間，總的水資源生態(tài)足跡中，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡占的比例最大，為82.89%～89.64%(圖1)；生產(chǎn)用水生態(tài)足跡在總生態(tài)足跡中所占比例持續(xù)下降，且在2007年之后下降較快，這可能與山西省近10年來提高水資源利用效率方面的工作效果明顯。生活用水生態(tài)足跡和生態(tài)用水生態(tài)足跡在10年間，雖有年際間小幅波動，但總體呈現(xiàn)持續(xù)緩慢增長趨勢，且生態(tài)用水生態(tài)足跡隨時間延長，增長趨勢要略快于生活用水生態(tài)足跡。生活用水生態(tài)足跡持續(xù)上升以及其在總生態(tài)足跡中所占比例不斷增加說明，隨著人民生活水平的提高，對于水資源的使用量也越來越高；生態(tài)用水生態(tài)足跡占水資源生態(tài)足跡的比例為0.57%～4.63%，居于第三。其中在2007年之前緩慢上升，2007—2011年間上升速率最大。

表1 山西省 2003-2012 年人均水資源生態(tài)足跡與生態(tài)赤字/盈余變化/ hm2·人-1Table 1 Variations of annual ecological footprint and ecological surplus / deficit of per capita water resources in Shanxi from 2003 to 2012/ hm2·人-1

圖1 各項用水生態(tài)足跡所占比例 Fig.1 The proportion of three kinds of water ecological footprint

從圖2可以看出：2009年及之前各年，山西省水資源生態(tài)足跡小于0.40 hm2·人-1，且年際間變化較小，但在2010年之后的連續(xù)三年，人均水資源生態(tài)足跡均超過0.40 hm2·人-1，且2010年較2009年增長了11.76%，2011年較2010年增長了12.56%，增幅較大。

研究期間(2003-2012年)水資源生態(tài)足跡處于輕度赤字狀態(tài)，表明山西省水資源利用存在問題。與此同時，生態(tài)承載力變化基本平穩(wěn)。隨著大自然對山西省水資源滿足的能力越來越小，則社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)保護的壓力就會越來越大，生態(tài)赤字的持續(xù)增長也說明山西省必需通過其他手段如引水、蓄水、調(diào)水甚至加大對地下水開采強度來滿足對水資源的需求。

圖2 2003-2012年人均水資源生態(tài)足跡—承載力變化Fig.2 Variation of ecological footprint and ecological carrying capacity of per capita water resources from 2003 to 2012

3.2 萬元GDP水資源生態(tài)足跡動態(tài)

由圖3可以看出，在2003-2012年間，山西省萬元GDP水資源生態(tài)足跡(hm2·萬元-1)逐年下降，并且在 2003-2008年期間下降速率較快；2009年之后仍然保持下降趨勢，但速度放緩，至2012年，降至0.134 1 hm2，年均減少率為9.6%。造成這種變化可能是因為，在經(jīng)濟增長過程各產(chǎn)業(yè)采用了較為先進的技術(shù)，提高了水資源的利用效率。

3.3 山西省歷年水資源生態(tài)壓力指數(shù)分析

山西省2003-2012年水資源壓力指數(shù)呈現(xiàn)雙峰曲線(圖4)，各年水資源壓力指數(shù)均大于1，表明該區(qū)域水資源消費量大于供給量；EPIW增大，水資源的可持續(xù)利用將會更難實現(xiàn)。其中2003-2005年水資源壓力指數(shù)增長非?？?，由2003年的1.603 3很快增加到2005年的最高值2.750 9，也是近10年來的最大值。此后的2005年、2006年、2007年這3年水資源生態(tài)壓力指數(shù)有所下降，但仍高于2003年；2008-2010年指數(shù)值有所上升，但增長速度低于2003-2005年期間的增長速度；2011年壓力指數(shù)值較2010年有所下降，但2012就又回升到接近于2010年的壓力水平。

與2003-2012年間的降雨量相比，水資源壓力指數(shù)和同期的降雨量有很大關(guān)系，二者基本呈現(xiàn)負相關(guān)的線性關(guān)系，其線性關(guān)系為：

Y=-153.11X+899.41(R2=0.654 0)。

圖3 山西省2003-2012年萬元 GDP 水資源生態(tài)足跡動態(tài)變化Fig.3 Variation of water resources ecological footprint per 104 Yuan GDP in Shanxi from 2003 to 2012

圖4 山西省 2003-2012 年水資源生態(tài)壓力指數(shù)變化Fig.4 Variation of water resources ecological pressure index in Shanxi from 2003 to 2012

4 結(jié)論與討論

通過對山西省2003-2012年水資源生態(tài)足跡動態(tài)變化分析得出：

(1)2003-2012年間，山西省水資源生態(tài)足跡較高(0.363 4～0.457 1 hm2·人-1)，年際間變化較小。從2003-2012年間水資源生態(tài)足跡構(gòu)成看，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡占總的水資源生態(tài)足跡的比例最大，為82.89%～89.64%，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡在總生態(tài)足跡中所占比例持續(xù)下降；在這10年間，生活用水足跡、生態(tài)用水足跡雖有年際間小幅波動，但總體呈現(xiàn)持續(xù)緩慢增長趨勢，生態(tài)用水足跡在總水資源生態(tài)足跡中所占比例最小。

(2) 在研究期間，山西省水資源生態(tài)足跡處于輕度赤字狀態(tài)，生態(tài)承載力變化基本平穩(wěn)；研究期間萬元 GDP 水資源生態(tài)足跡(hm2·萬元-1)總體上呈下降態(tài)勢，表明山西省在研究年間水資源利用效率得到了較為明顯的提高；水資源壓力指數(shù)呈現(xiàn)雙峰曲線，各年水資源壓力指數(shù)均大于1，表明該區(qū)域水資源供給量小于消費量，未能實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

通過分析得出：山西省2003-2012年間水資源生態(tài)足跡較高，水資源生態(tài)足跡處于赤字狀態(tài)，所以需要根據(jù)山西省特點，大力發(fā)展旅游業(yè)和其他高新產(chǎn)業(yè)等低耗水產(chǎn)業(yè)，同時還需改變各行業(yè)的用水模式；加大對用水、污水排放的治理力度和審批制度，增強公民的環(huán)境保護意識；通過其他手段如引水、蓄水、調(diào)水甚至加大對地下水開采強度來滿足對水資源的需求，并采取有效措施提高水資源利用效率。

另外，由于資料有限，本文未在水資源生態(tài)足跡模型中考慮水污染對水資源生態(tài)足跡的影響，若考慮水污染的影響，山西省水資源生態(tài)足跡的計算結(jié)果將更大，水資源生態(tài)赤字亦將變大。

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(編輯：馬榮博)

Dynamic Analysis of Water Resources Ecological Footprint of Shanxi Province

Guo Hanqing1，Zhang Zhiguo2*，Dong Xiaohui2，Li Youhua2，Zhang Yong2

(1.CollegeofForestry,ShanxiAgriculturalUniversity，TaiguShanxi030801,China；2.ShanxiSoilandWaterConservationInstituteofScience，TaiyuanShanxi030013,China)

The water resources ecological footprint model was used to analyze water resources ecological footprint dynamic variations of Shanxi Province from 2003 to 2012，which can help characterize the sustainable utilization situation of water resources in this area.The results showed that: during the study period，the water resources ecological footprint per capita in Shanxi increased generally,and the water resources ecological carrying capacity per capita were stable.The water resources in recent 10 years were in an ecological deficit state.The water resources ecological footprint per 104yuan GDP decreased annually.The water ecological pressure index was more than 1,which indicated that the use of water resources in Shanxi was in an unsafe state.Therefore，in order to change the utilization of water resources,some effective measures should be used in Shanxi Province,such as readjusting industrial structure ,improving the water use efficiency.

Shanxi Province; Water resources; Ecological footprint

2015-01-25

2015-03-31

郭漢清(1972-)，男(漢)，山西保德人，講師，博士研究生，研究方向：水文與水資源研究。

*通訊作者：張治國，高級工程師。Tel：0351-4387322 ;E-mail: sbszzg@sohu com

山西省水利科學技術(shù)項目(晉水財務(wù)[2013]303)

TV213

A

1671-8151(2015)03-0306-05