周進宏,雷 霽,陳 靜

(寶雞文理學院 地理與環(huán)境學院,陜西 寶雞 721013)

隨著我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展,城市建設規(guī)模擴大、人口數(shù)量增長、生活水平提升、生產(chǎn)規(guī)模增加,水資源的開發(fā)和利用規(guī)模不斷增加,缺水問題大量涌現(xiàn),水資源供需矛盾日益加劇,水資源的可持續(xù)利用已成為研究熱點。作為西部第二大國家級城市群,關中平原城市群是中西部省份拓展發(fā)展空間、釋放發(fā)展?jié)摿Φ闹匾d體,關系到跨省之間現(xiàn)代化經(jīng)濟體系建設目標的戰(zhàn)略全局。對關中平原城市群區(qū)域內水資源現(xiàn)狀充分解析,挖掘水資源存在的困境及問題,探討區(qū)域內水資源可持續(xù)利用的合理策略,對關中平原區(qū)域社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。

生態(tài)足跡是區(qū)域資源可持續(xù)利用綜合評價的重要方法,其含義是指維持區(qū)域內特定數(shù)量人群生存和生活,或容納人類活動產(chǎn)生的廢棄物所需要的具有生物生產(chǎn)力的土地或水域面積[1]。生態(tài)足跡模型最早由加拿大生態(tài)學家WILLIAN于1992年提出[2],其學生WACKERNAGEL做了改進[3],水資源生態(tài)足跡是生態(tài)足跡經(jīng)過衍生改進的變形。黃林楠等[4]將生態(tài)足跡理論與水資源賬戶結合,建立了水資源生態(tài)足跡計算模型,后被廣泛應用于水資源評價研究。應用水資源生態(tài)足跡模型可對區(qū)域內水資源生態(tài)足跡的現(xiàn)狀進行定量分析與預測,以揭示其時空分布,也可結合經(jīng)濟或數(shù)學理論開展水資源可持續(xù)評價。LIANG et al[5]基于水資源生態(tài)足跡模型,結合水生態(tài)盈余、水生態(tài)赤字、水生態(tài)壓力、水資源生態(tài)深度和廣度等5個指標對2010-2019年武漢市的水資源可持續(xù)利用水平進行了評價。張義等[6]通過改進水生態(tài)足跡模型,從水量和水質2方面評價水生態(tài)足跡,使得水資源的評價更加全面。LI et al[7]將水資源生態(tài)足跡模型與基尼系數(shù)、脫鉤模型相結合,揭示了2004-2018年新疆水資源生態(tài)赤字、水資源廣度和深度的時空變化,闡明了技術因素對當?shù)厮Y源生態(tài)足跡與經(jīng)濟增長脫鉤的影響最顯著。鑒于水資源生態(tài)足跡變化與經(jīng)濟、技術和人口等因素密切相關,將水資源生態(tài)足跡模型與驅動模型相結合,解析不同因素的驅動效應,揭示影響水資源的主要因子,可為水資源的規(guī)劃與利用提供理論依據(jù)。從區(qū)域上看,水資源生態(tài)足跡的研究多集中在國家范圍[8]、某一行政區(qū)或流域范圍[9-11]及干旱半干旱地區(qū)[12]。對城市群的研究也多集中在京津冀城市群[13]、長江經(jīng)濟帶[14]和珠江三角洲[15]等經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū),而關于西北地區(qū)的關中平原城市群水資源生態(tài)足跡現(xiàn)狀和驅動效應等方面的研究較少。

本研究基于水資源生態(tài)足跡理論和模型,結合水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)承載力和水資源生態(tài)盈余等指數(shù),使用軟件ArcGIS 10.8進行空間分析和數(shù)據(jù)可視化處理,從時間變化和空間格局演變兩方面探究關中平原城市群水資源生態(tài)足跡的時序分布特性;并結合對數(shù)平均迪氏指數(shù)(Logarithmic Mean Divisia Index, LMDI)模型探究研究區(qū)域水資源生態(tài)足跡的驅動效應,以期對關中平原城市群的水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀有一個全面、直觀的認識和了解,同時也為區(qū)域內水資源的管理和規(guī)劃提供重要的理論基礎和科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

關中平原城市群橫跨陜西、甘肅和山西3省,以西安為中心,覆蓋寶雞、銅川、咸陽、楊凌示范區(qū)、渭南、商洛、天水、平?jīng)觥c陽、運城、臨汾,規(guī)劃行政范圍如圖1所示。2021年關中平原城市群常住人口4 357萬人,區(qū)域生產(chǎn)總值25 507.09億元,產(chǎn)業(yè)結構以第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)為主,人均GDP為5.85萬元。區(qū)域內人口聚集、社會經(jīng)濟發(fā)展和水環(huán)境狀況呈現(xiàn)明顯區(qū)域差異,以西安為中心的關中盆地社會經(jīng)濟基礎良好、人口分布密集、水資源消耗大。經(jīng)濟發(fā)展方面,區(qū)域的中部地區(qū)發(fā)展較好,西部和北部整體發(fā)展水平較低,水資源消耗依賴性強。關中平原城市群年平均降水量約為446 mm,水資源總量383.28億m3,水資源開發(fā)利用程度高達80%,遠超國際生態(tài)警示線(40%)[16],區(qū)域面臨著水資源短缺制約社會經(jīng)濟發(fā)展的嚴峻問題。

圖1 關中平原城市群規(guī)劃范圍Fig. 1 The study area of GZPUA

關中平原城市群區(qū)域水資源分布不均問題顯著,2021年商洛和寶雞人均水資源量高達5 725.12 m3和2 225.91 m3,而其他城市人均水資源量不足1 000 m3。加之區(qū)域內多數(shù)河流為雨季性河流,夏季水量豐沛,冬季水量極少,導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)用水和生活用水的穩(wěn)定性較差。同時,水資源分布不均,水源地集中在南部地區(qū),而人口集聚和大需水量對象主要集中在中部平原地區(qū),水源地與需水地距離較遠,水資源供需不平衡。

2 研究方法

2.1 水資源生態(tài)足跡模型

用水資源占地面積定量表征區(qū)域內消耗的水資源量,即水資源生態(tài)足跡WEF,可衡量區(qū)域經(jīng)濟和人口對水資源的需求能力。依據(jù)2015-2021年陜西、甘肅、山西3省《水資源公報》,將用水分為生產(chǎn)、生活和生態(tài)等不同賬戶類型,本文對應的水資源生態(tài)足跡也細分為生產(chǎn)、生活和生態(tài)足跡。依據(jù)《水資源公報》,生產(chǎn)用水包括農(nóng)田灌溉、林牧漁畜和工業(yè)用水,生活用水包括城鎮(zhèn)公共和居民生活用水,生態(tài)用水指維護區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)、保護生態(tài)環(huán)境及城市綠化等用水量。水資源生態(tài)足跡WEF模型如下:

WEF=N×wef=γw×(W/Pw)

(1)

其中,N為人口數(shù)量(人);wef為人均水資源生態(tài)足跡(hm2/人);γw為水資源全球均衡因子,采用世界自然基金會的參考值5.19;W為區(qū)域水資源消耗總量(m3);Pw為水資源全球平均生產(chǎn)能力(m3/hm2),取3 140 m3/hm2。

2.2 水資源生態(tài)承載力模型

水資源生態(tài)承載力WEC可衡量水資源對人口數(shù)量、經(jīng)濟增長、資源利用等方面的最大承載能力,模型如下:

WEC=N×wec=
0.4N×φ×γw×(Q/Pw)

(2)

其中,wec為人均水資源生態(tài)承載力(hm2/人);Q為水資源總量(m3);φ為區(qū)域水資源產(chǎn)量因子,是區(qū)域水資源平均生產(chǎn)能力與全球水資源生產(chǎn)能力的比值,區(qū)域水資源平均生產(chǎn)能力通過水資源總量和流域面積確定。為了提高計算精確度,本研究對2015-2021年期間每年的關中平原城市群各市(區(qū))的φ進行計算后,再代入公式(2)求解wec。

2.3 水資源生態(tài)盈虧

將水資源生態(tài)足跡與水資源生態(tài)承載力進行比較,可知研究區(qū)域內水資源盈余與赤字情況,即水資源生態(tài)盈虧WED,可衡量區(qū)域內水資源消耗是否在可承載范圍內,用于評價區(qū)域內水資源的可持續(xù)利用狀況。計算公式為:

WED=WEC-WEF

(3)

若WED>0,則處于水資源生態(tài)盈余狀態(tài);若WED<0,則處于水資源生態(tài)赤字狀態(tài)。

2.4 LMDI模型

分解分析法是環(huán)境經(jīng)濟學中用來分析物質變化特性和作用機制的常用方法,指數(shù)分解適用于含有時間序列和分解因素較少的數(shù)據(jù)模型,本研究采用對數(shù)平均迪氏指數(shù)LMDI模型進行分析。首先構建水資源生態(tài)足跡與人口、經(jīng)濟、技術、結構等因素之間聯(lián)系的Kaya等式(4),并確定基準年(2015年)到第t年的水資源生態(tài)足跡變化的表達式(5)。

(4)

ΔWtEF=WtEF-W0EF=
ΔWPEF+ΔWREF+ΔWIEF+ΔWSEF

(5)

其中,WitEF和Wi0EF分別為第t年和基準年i類賬戶(生產(chǎn)、生活、生態(tài))的水資源生態(tài)足跡(hm2);WtEF和W0EF分別為第t年和基準年的水資源總生態(tài)足跡(hm2);Gt為第t年區(qū)域生產(chǎn)總值GDP(萬元);Pt和P0分別為第t年和基準年總人口數(shù)(萬人),表征水資源生態(tài)足跡的人口效應;第t年人均GDP總值Rt=Gt/Pt(元/人),R0為其在基準年的值,表征水資源生態(tài)足跡的經(jīng)濟效應;It=WtEF/Gt,為第t年水資源生態(tài)足跡強度(hm2/萬元),I0為其在基準年的值,表征水資源生態(tài)足跡的技術進步;Sit=WitEF/WtEF,為第t年i類水資源占總水資源生態(tài)足跡的比重,Si0為其在基準年的值,代表水資源生態(tài)足跡的結構效應;ΔWtEF為第t年和基準年水資源生態(tài)足跡的變化量(hm2/年);ΔWPEF,ΔWREF,ΔWIEF和ΔWSEF分別為水資源生態(tài)足跡人口、經(jīng)濟、技術和結構等因素引起的水資源生態(tài)足跡變化量(hm2)。根據(jù)LMDI加法模型原理分解得到各因素的貢獻值為:

(6)

(7)

(8)

(9)

2.5 數(shù)據(jù)來源

研究所涉及水資源和社會經(jīng)濟方面的相關數(shù)據(jù)均來自于2015-2021年陜西、甘肅、山西3省《水資源公報》和《統(tǒng)計年鑒》。因相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計時覆蓋行政區(qū)域原因,對關中平原城市群區(qū)域的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算到行政市(區(qū))級別,未精準到縣區(qū)。

3 結果與分析

3.1 關中平原城市群水資源生態(tài)足跡時間變化特性

3.1.1 水資源生態(tài)足跡時間變化特性

采用(1)式核算關中平原城市群生產(chǎn)、生活和生態(tài)等用水賬戶水資源生態(tài)足跡,結果如表1所示。2015-2021年關中平原城市群水資源生態(tài)足跡整體較穩(wěn)定,在1 433.19萬hm2～1 506.33萬hm2范圍內小幅波動,2019年后整體呈下降趨勢。各用水賬戶中,生產(chǎn)用水的水資源生態(tài)足跡在994.01萬hm2～1 170.60萬hm2之間,占比高達69.35%～77.98%。其次為生活用水,其水資源生態(tài)足跡介于269.86萬hm2～336.75萬hm2之間,占比為18.19%～23.50%。生態(tài)用水水資源生態(tài)足跡最少,其值在51.22萬hm2～102.42萬hm2之間,占比為3.45%～7.15%。

表1 2015-2021年關中平原城市群各賬戶水資源生態(tài)足跡Tab. 1 Ecological footprint of water resources in GZPUA from 2015 to 2021

2015-2021年關中平原城市群生產(chǎn)用水水資源生態(tài)足跡呈現(xiàn)減少的總體趨勢,從2015年的1 162.21萬hm2增加至2016年的1 170.60萬hm2峰值后,逐年減少至2021年的994.01萬hm2,整體降幅為16.92%。從不同類型生產(chǎn)用水水資源生態(tài)足跡變化(圖2)可知,農(nóng)田灌溉水資源生態(tài)足跡占比最大,多年平均占比70%以上;其次為工業(yè)用水,最小為林牧漁畜。2015-2021年農(nóng)田灌溉和工業(yè)用水的生態(tài)足跡呈遞減趨勢,主要原因為2018年后關中平原地區(qū)貫徹落實“深化農(nóng)田水利改革”“國家工業(yè)節(jié)水方案”“節(jié)水型城市建設”等重大舉措,區(qū)域內用水效率有所提升,也側面反映關中平原城市群的農(nóng)田灌溉和工業(yè)用水方式逐步向高效節(jié)水轉變。與之相反,生活用水和生態(tài)環(huán)境用水的水資源生態(tài)足跡逐年遞增(表1)。生活用水水資源生態(tài)足跡從269.86萬hm2增至336.75萬hm2,增幅達19.86%;生態(tài)用水水資源生態(tài)足跡從51.22萬hm2增至102.43萬hm2,增幅49.99%。其主要原因為近幾年關中平原城市群經(jīng)濟增長較快,人民生活水平穩(wěn)步提升,城市公共設施不斷完善,水環(huán)境污染治理力度增加,生態(tài)環(huán)境保護全面開展,使得居民生活、城市公共用水和生態(tài)環(huán)境用水量增加,引起了水資源生態(tài)足跡的增長。

圖2 關中平原城市群生產(chǎn)用水各賬戶水資源生態(tài)足跡變化Fig. 2 Ecological footprint of different production water accounts in GZPUA

3.1.2 水資源生態(tài)承載力時間變化特性

采用(2)式計算關中平原城市群水資源生態(tài)承載力,結果如圖3所示。2015-2021年區(qū)域內水資源生態(tài)承載力變化幅度較大,整體呈現(xiàn)波動上升的趨勢。水資源生態(tài)承載力2016年最小,為179.71萬hm2,2021年最高,為1 913.84萬hm2,增加9倍多;多年水資源生態(tài)承載力的均值為567.68萬hm2。水資源生態(tài)承載力整體變化趨勢:2015-2016年略有下降,2018-2020年平緩增加,2021年躍升到最大。水資源生態(tài)承載力與水資源總量密切相關,關中平原城市群的水資源總量很大程度上依賴于降水量。利用SPSS軟件的Pearson相關系數(shù)法檢驗關中平原城市群水資源承載力和降水量的相關性,得到二者Pearson相關系數(shù)R2為0.630,顯著性檢驗系數(shù)p為0.01,表明研究區(qū)域內水資源生態(tài)承載力和降水量顯著相關。

3.1.3 水資源生態(tài)盈虧的時序變化特性

采用(3)式核算關中平原城市群水資源生態(tài)盈虧,結果如表2所示。2015-2021年水資源生態(tài)盈虧值(WED)和人均水資源生態(tài)盈虧值呈現(xiàn)波動增大的趨勢,分別從2015年的-1 250.96萬hm2、-0.288 3 hm2增加為2021年的480.66萬hm2和0.110 3 hm2。2015-2020年關中平原城市群水資源生態(tài)盈虧值均為負,水資源生態(tài)虧損量(水資源生態(tài)盈虧絕對值)逐漸減少。這表明區(qū)域內水資源生態(tài)承載力(WEC)小于水資源生態(tài)足跡(2021年除外),水資源常年處于生態(tài)赤字狀態(tài),但水資源生態(tài)赤字狀態(tài)有所緩解。2021年水資源轉為生態(tài)盈余,是由于研究區(qū)域2021年水資源生態(tài)承載力劇增,由2015-2020年179.71萬hm2～501.74萬hm2范圍增至2021年的1 913.84萬hm2。根據(jù)《水資源公報》中降雨量數(shù)據(jù)顯示,2021年西安、寶雞、渭南、商洛、運城、臨汾等地降雨量大幅增加,關中平原城市群總降雨量比2020年增加384.81億m3,漲幅36.08%。降雨量的增加導致了水資源生態(tài)承載力劇增,使得2021年關中平原城市群水資源處于生態(tài)盈余狀態(tài)。但從2015-2021年水資源生態(tài)盈虧總體情況可知,關中平原城市群水資源生態(tài)危機明顯,水資源生態(tài)足跡顯著大于水資源生態(tài)承載力,迫切需要對水資源開發(fā)利用和管理進行合理規(guī)劃和調控。

3.2 關中平原城市群水資源生態(tài)足跡的空間格局特性

3.2.1 人均水資源生態(tài)足跡的空間格局

根據(jù)2015和2021年關中平原城市群人均水資源生態(tài)足跡的數(shù)值,將人均水資源生態(tài)足跡劃分為5個值域:高足跡(0.51～0.61 hm2/人)、中高足跡(0.41～0.50 hm2/人)、中足跡(0.31～0.40 hm2/人)、較低足跡(0.21～0.30 hm2/人)和低足跡(<0.20 hm2/人),結果如圖4所示。研究區(qū)域內人均水資源生態(tài)足跡空間分布差異較大,寶雞、咸陽、渭南、運城和臨汾等城市水資源生態(tài)足跡比西安、慶陽、銅川、商洛、平?jīng)?、天水?整體呈現(xiàn)東部和中間帶城市居于高值,西部和南部城市處于低值。2021年人均水資源生態(tài)足跡從大到小順序依次為:運城>渭南>咸陽>寶雞>臨汾>西安>商洛>平?jīng)?慶陽>銅川>天水。

圖4 關中平原城市群人均水資源生態(tài)足跡的空間分布Fig. 4 Spatial distribution of ecological footprint of water resources per capita in GZPUA

從表3關中平原城市群各市(區(qū))人均水資源生態(tài)足跡變化可知,各市(區(qū))在2015-2021年變化趨勢不盡相同。

表3 2015-2021年關中平原城市群各市(區(qū))人均水資源生態(tài)足跡變化Tab. 3 Ecological footprint of water resources per capita in cities of GZPUA from 2015 to 2021

運城、西安、渭南、咸陽、楊凌、平?jīng)鋈司Y源生態(tài)足跡波動明顯,分別在0.518 2～0.577 5 hm2/人、0.228 9～0.304 5 hm2/人、0.469 1～0.516 8 hm2/人、0.372 9～0.454 4 hm2/人、0.251 2～0.301 8 hm2/人、0.140 4～0.233 9 hm2/人范圍上下波動;而其他城市變化波動較小。運城人均水資源生態(tài)足跡始終大于0.51 hm2/人,常年處于高足跡;渭南常年處于中高生態(tài)足跡。2015-2021年期間,西安人均水資源生態(tài)足跡整體呈降低趨勢,而寶雞、渭南、商洛人均水資源生態(tài)足跡在2018年達到峰值后開始下降。與之不同,銅川、平?jīng)?、慶陽等人均水資源生態(tài)足跡值較低的城市總體呈遞增的趨勢。

3.2.2 人均水資源生態(tài)承載力的空間格局

如圖5所示,2015和2021年關中平原城市群人均水資源生態(tài)承載力空間格局變化明顯,且各市(區(qū))的人均水資源生態(tài)承載力空間分布不均。2015年各市(區(qū))人均水資源生態(tài)承載力分布在2個等級,西安、寶雞、商洛、銅川、渭南、運城介于0.03～0.50 hm2/人之間,其余城市均小于0.30 hm2/人。2021年關中平原城市群人均水資源生態(tài)承載力呈5個等級分布,商洛人均水資源承載力大于2.0 hm2/人,寶雞分布在1.01～2.00 hm2/人,西安分布于0.51～1.00 hm2/人,運城、渭南、銅川等城市人均水資源生態(tài)承載力在0.31～0.52 hm2/人范圍,天水、臨汾、慶陽、平?jīng)龊拖剃査Y源承載力小于0.30 hm2/人。2021年人均水資源生態(tài)承載力從大到小的順序依次為:商洛>寶雞>西安>渭南>銅川>運城>天水>臨汾>平?jīng)?咸陽>楊凌>慶陽。

圖5 關中平原城市群人均水資源生態(tài)承載力的空間分布Fig. 5 Spatial distribution of ecological carrying capacity of water resources per capita in GZPUA

從表4可知,商洛和寶雞人均水資源生態(tài)承載力較大,2015-2021期間呈現(xiàn)波動增加趨勢,增幅在5倍以上。其他城市的人均水資源生態(tài)足跡也不同程度波動增加,但增加幅度不盡相同。2015-2020年西安、銅川、渭南、運城和臨汾波動幅度較小,而咸陽、楊凌、平?jīng)龊蛻c陽變化幅度較大,波動幅度高達4～8倍;2021年各城市人均水資源生態(tài)承載力均顯著增加。

表4 2015-2021年各市(區(qū))人均水資源生態(tài)承載力Tab. 4 Ecological carrying capacity of water resources per capita in cities of GZPUA from 2015 to 2021

3.2.3 人均水資源生態(tài)盈虧的空間格局

從圖6可知,2015和2021年關中平原城市群人均水資源生態(tài)盈虧空間格局年際變化明顯,且空間分布不均勻,整體呈現(xiàn)生態(tài)盈虧局勢好轉的態(tài)勢。2015年關中平原城市群各城市均處于生態(tài)赤字狀態(tài),2021年商洛、寶雞、西安、銅川等城市水資源轉為生態(tài)盈余。水資源生態(tài)盈余主要集中在關中平原城市群的南部和西部。多年平均人均水資源生態(tài)盈虧值從小到大的順序依次為:運城>渭南>咸陽>臨汾>西安>平?jīng)?天水>商洛>銅川>寶雞>慶陽。

圖6 關中平原城市群人均水資源生態(tài)盈虧的空間分布Fig. 6 Spatial distribution of ecological profit and deficit of water resources per capita in GZPUA

3.3 關中平原城市群水資源生態(tài)足跡的驅動效應分析

基于LMDI理論,采用(4)-(9)式,以2015年為基準年確定人口、經(jīng)濟、技術和結構等因素對水資源生態(tài)足跡的驅動效應,結果見表5。當效應值為正時表示具有推動作用,為負值時表明具有抑制作用。

表5 關中平原城市群水資源生態(tài)足跡各因素的驅動效應Tab. 5 Driving effects of ecological footprint of water resources in GZPUA

3.3.1 人口因素驅動效應分析

人口效應對關中平原城市群水資源生態(tài)足跡具有促進作用,效應值介于5.966 6萬hm2～30.762 5萬hm2之間。2015-2021年關中平原城市群人口數(shù)量從4.34億增加到4.36億,生活用水量從16.33億m3增至20.37億m3,表明隨著關中平原城市群建設和發(fā)展,研究區(qū)域城鎮(zhèn)化水平提高,人口增長,水資源的消耗量持續(xù)增加,導致水資源生態(tài)足跡增加。但生活用水量在總用水結構中占比較小(20%～27%),驅動效應較弱。

3.3.2 經(jīng)濟與技術因素驅動效應分析

經(jīng)濟因素是關中平原城市群水資源生態(tài)足跡的主要增量因子,其效應值介于13.815 5萬hm2～353.656 9萬hm2之間,整體呈上升趨勢。2018年11月,中共中央國務院《關于建立更加有效的區(qū)域協(xié)調發(fā)展新機制的意見》出臺以來,關中平原城市群建立以西安為中心城市、引領城市群發(fā)展、城市群帶動區(qū)域發(fā)展的新模式,區(qū)域內經(jīng)濟快速發(fā)展,GDP年從2018年的20 436.46億元增至2021年的25 507.10億元,3年增幅24.81%。經(jīng)濟快速發(fā)展帶動區(qū)域內城市人口和產(chǎn)業(yè)的聚集,使得水資源生態(tài)足跡增加,給水資源生態(tài)承載力帶來巨大壓力。合理管理水資源,實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟高質量協(xié)同發(fā)展是其必由之路。

技術效應是關中平原城市群水資源生態(tài)足跡減少的主要因素,發(fā)揮顯著的抑制作用,且呈逐漸增加趨勢,技術效應的絕對值從28.400 9萬hm2增至409.516 7萬hm2。這反映技術的提升一定程度上緩解了水資源生態(tài)足跡的增長,對關中平原城市群水資源生態(tài)安全發(fā)揮著關鍵作用。

3.3.3 結構因素驅動影響分析

2015-2019年水資源生態(tài)足跡的結構因素的效應值為正,具有促進作用;2020-2021年結構效應為負值,具有抑制作用。2019年后隨著抑制作用的逐漸顯現(xiàn),結構效應成為水資源生態(tài)足跡的減量因子,這表明關中平原城市群用水結構逐漸轉好。整體上看結構效應對關中平原城市群水資源生態(tài)足跡的貢獻率極小。從結構效應對生產(chǎn)、生活和生態(tài)等不同用水賬戶水資源生態(tài)足跡的驅動效應(表6)可知,結構因素對生產(chǎn)用水水資源生態(tài)足跡呈明顯的抑制作用,這是由于關中平原城市群積極推進水利基礎設施建設,區(qū)域內節(jié)水工程和設施的建設力度增加,農(nóng)業(yè)的滴灌噴灌等節(jié)水技術得以宣傳和推廣,延緩了水資源生態(tài)足跡的增長。同時,區(qū)域內貫徹落實節(jié)水減排、集約優(yōu)化配置水資源,優(yōu)化改變生產(chǎn)用水管理模式等舉措使得生產(chǎn)用水生態(tài)足跡減少。與之相反,結構因素對生活用水和生態(tài)用水生態(tài)足跡則表現(xiàn)為促進作用。

表6 結構效應對不同賬戶水資源生態(tài)足跡的驅動效應Tab. 6 Structural driving effect of different accounts on ecological footprint of water resources

4 結論

基于水資源生態(tài)足跡模型,對2015-2021年關中平原城市群水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)承載力、水資源生態(tài)盈余的時空分布進行了梳理,并結合LMDI模型分析了人口、經(jīng)濟、技術和結構等因素對區(qū)域水資源生態(tài)盈余的驅動效應。主要結論如下:

(1)2015-2021年關中平原城市群水資源生態(tài)足跡整體呈波動減小的趨勢。水資源生態(tài)足跡各賬戶中,生產(chǎn)用水為最大賬戶(占比69.35%～77.98%),其中農(nóng)田灌溉用水足跡占比最高,研究期間整體呈下降態(tài)勢;生活用水和生態(tài)環(huán)境用水足跡占比低,分別介于18.19%～23.50%和3.45%～7.15%之間,整體呈增長趨勢;這表明關中平原城市群區(qū)域內水資源用水結構有所好轉。

(2)2015-2021年水資源生態(tài)承載力呈波動上升趨勢,區(qū)域內水資源承載力與降水量相關性顯著(R2=0.630,p<0.01)。關中平原城市群水資源生態(tài)承載力遠小于水資源生態(tài)足跡,2015-2020年區(qū)域內長期處于水資源生態(tài)赤字狀態(tài)?？傮w來說,水資源生態(tài)赤字的變化趨勢與水資源生態(tài)承載力基本一致,呈波動上升的趨勢,水資源問題逐步緩解。

(3)2015-2021年水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)承載力、水資源生態(tài)盈余呈現(xiàn)明顯空間分布差異,整體上反映關中平原城市群東部和北部城市水資源生態(tài)不安全問題嚴重,南部的寶雞和商洛等城市水資源生態(tài)不可持續(xù)性逐漸得到緩解,北部和東部城市水資源生態(tài)赤字問題嚴重。

(4)人口和經(jīng)濟因素對水資源生態(tài)承載力為正向驅動,其中經(jīng)濟因素是關中平原城市群水資源生態(tài)足跡的主要增量因子;技術水平提升是區(qū)域水資源生態(tài)足跡降低的主要原因;結構因素在2015-2019年期間為促進作用,2020-2021年表現(xiàn)為抑制作用。這表明關中平原城市群區(qū)域內社會經(jīng)濟的發(fā)展整體上仍以水資源的消耗為代價。為保障關平原城市群水資源可持續(xù)發(fā)展,應大力推廣和應用先進的節(jié)水技術,強化水利工程和設施的建設力度、加強水的循環(huán)使用,提高全社會節(jié)水意識。