基于水足迹的云南省水资源利用评价研究.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER38第 40卷第 2期0 引言我国水资源严重短缺1，有近一半省份人均水资源量低于国际公认的用水紧张线，近 1/3 的省份严重缺水，1/5 的城市供水不足。云南水资源总量相对丰富，是全国平均水平的 4 倍，但时空分布不均，全省有 2/3 的人口和 1/3 的耕地集中在 6%的坝区，水资源总量只占全省总量的 5%；省会昆明按属地水资源计算，人均不足 340 m3，是严重缺水的 14 个城市之一2。水资源的分布不均、水质的不断恶化等给云南水资源开发利用带来了巨大压力，从而影响到地区社会经济的可持续发展。要维持地区的可持续发展，水资源的可持续利用是前提，而客观解析水资源生态足迹和生态承载力是制定相关政策用以助推该目标实现的重要技术支撑。相较于传统用水评价，基于水足迹基于水足迹的云南省水资源利用评价研究李菊（云南开放大学城市建设学院，云南 昆明 650231）摘要：基于资源生态足迹模型和水资源生态承载力模型，利用云南省 2005-2020 年水资源和社会经济发展相关数据，对云南省水资源可持续利用状况进行评价。结果表明：云南各用水指标中，生产用水占比最高并呈逐年减少趋势，生活用水和生态用水占比较小并呈逐年增大趋势；水资源生态承载力 2011 年前波动较大且变化规律不明显，2011 年后呈缓慢增长状态；水资源生态盈状况良好，水资源压力指数较低，水资源处于可持续利用状态；万元 GDP 水资源生态足迹呈下降趋势，2005-2011 年下降较快，之后几年下降趋势平缓。关键词：水生态足迹；生态盈余；生态压力；云南省中图分类号：P333文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)02-0038-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.02.010Research on Evaluation of Water Resources Utilization in Yunnan Province Based on Water FootprintLI Ju(College of Urban Construction,Yunnan Open University,Kunming 650231,China)Abstract:Based on the resource ecological footprint model and the water resource ecological carrying capacity model,this study evaluates the sustainable utilization status of water resources in Yunnan Province using relevant data on water resources and socio-economic development from 2005 to 2020.The results show that among the various water use indicators in Yunnan,the proportion of production water is the highest and shows a decreasing trend year by year,while the proportion of domestic water and ecological water is relatively small and shows an increasing trend year by year.The ecological carrying capacity of water resources fluctuated significantly before 2011 and the change pattern was not obvious.After 2011,it showed a slow growth state.The ecological status of water resources is good,the water resource pressure index is low,and water resources are in a sustainable utilization state.The ecological footprint of water resources with a GDP of 10 000 yuan shows a downward trend,with a rapid decline from 2005 to 2011,and a gradual decline in the following years.Keywords:water ecological footprint;ecological surplus;ecological pressure;Yunnan Province收稿日期：2023-12-04基金项目：云南省教育厅教育科学研究基金项目（2023J0797）作者简介：李菊（1983-），女，云南红河人，高级工程师，主要从事水文水资源和工程管理研究工作。*李菊 基于水足迹的云南省水资源利用评价研究39的评价能更全面地反映水资源的过程消耗3。水足迹作为一项综合评价水资源占用的指标，为研究水资源可持续利用与保护提供了新的思路方法4。研究通过分析云南省 20052020 年的水资源生态足迹和生态承载力，并结合水资源生态赤字、压力指数及万元 GDP 水生态足迹，对云南省水资源可持续利用的状况进行评价。1 研究区概况及数据来源1.1 研究区概况云 南 位 于 我 国 西 南 部，国 土 面 积39.4104 km2，与老挝、缅甸、越南 3 国接壤，是全国国际河流最集中的地区，边境线长 4 060 km，是我国面向南亚、东南亚的桥头堡，有着自己独有的政治、经济和文化地位。云南立体气候明显，以亚热带高原季风气候为主，干、湿季分明，气温随地势高低垂直变化异常明显。降水以降雨为主，水资源总量极为丰富，多年平均水资源总量约2 209108 m3，居全国第3位5。受地形、海拔、降水量及区域经济发展不平衡等因素影响，云南水资源分布与人口、产业、城市、耕地资源等经济要素不匹配的特征尤为突出。主要表现为坝区水资源总量少，却集中了全省大半人口和 1/3 的耕地；经济总量占全省 1/3 的省会昆明，是全国严重缺水的 14 个城市之一。1.2 数据来源与主要参数的取值研究所用数据中，平均降雨量、年水资源总量、各类用水量数据来自于 20052020 年的云南省水资源公报，GDP、人口数据来源于 20052020 年的云南省统计年鉴，见表 1。水资源均衡因子采用 WWF 确定的值 rw=5.19，水资源全球平均生产能力取 3 140 m3/hm26；根据研究区年均水资源总量及土地面积，计算出水资源云南省平均生产能力为 4 759 m3/hm2；根据水资源云南省平均生产能力和水资源全球平均生产能力，计算出区域水资源产量因子为 1.515 5。2 研究方法及评价指标2.1 研究方法2.1.1 水资源生态足迹模型在一定的人口和经济状况下，为维持正常的生产生活，消纳水污染，水资源消费等所必须的表 1 2005-2020 年云南省水资源开发利用及经济发展情况表年份年平均降雨量/mm水资源总量/108m3生产用水量/108m3生活用水量/108m3生态用水量/108m3人口/104人GDP/108元20051 151.81 846.43132.5413.380.9004 4503 46220061 099.81 712.00130.2013.700.9004 4833 98820071 293.12 256.00134.6013.651.8054 5144 77220081 333.82 315.00135.2014.243.6464 5435 6922009963.31 577.00134.8014.733.1554 5716 16920101 185.11 941.00129.2014.423.8854 6027 2242011985.21 480.00130.6015.171.100 44 6318 89320121 090.11 690.00135.4015.381.0414 65910 30920131 190.11 707.00127.9620.491.2944 68711 83220141 143.41 727.00127.8919.512.0194 71412 81420151 239.81 872.00127.5720.202.3464 74213 61920161 295.92 089.00126.2921.112.7944 77114 87020171 351.52 203.00131.9021.673.0714 80116 37620181 337.52 206.00128.2223.593.9194 83020 88120191 008.01 534.00127.1923.314.4354 85823 22420201 157.21 799.00126.5425.064.4274 72224 52240云南水力发电2024 年第 2 期生产性面积称之为水资源生态足迹，其模型计算式为7：EFW=Nefw=rw（W/Pw）=rw（Wi+Wl+We/Pw）（1）式 中：EFw、N、efw、W 研 究 区 水 生 态 足 迹，hm2；总人口数、人均水资源生态足迹，hm2/人；和区域水资源利用，m3；Wi、Wl、W区域水资源利用生产、生活、生态用水量，m3。2.1.2 水资源承载力模型为地区经济、环境及社会发展提供最大的水资源可持续利用能力，称之为水资源承载力，考虑用于维持人口、社会和经济的可持续发展需40%的水资源，即计算式乘上系数 0.4，计算模型如下8-9：ECw=0.4rw（Q/Pw）（2）式中：ECw、Q研究区水生态承载力，hm2；区域水资源产量因子及区域水资源总量，m3。2.2 水资源可持续利用评价指标2.2.1 水资源生态盈余水资源生态盈余（赤字）是指区域的生态承载力超出其生态足迹的部分，是确定研究区水资源利用是否处于可持续发展阶段的一个定量指标。其计算公式为：EDw=EFw ECw （3）式中：EDw水资源盈余，（赤字），主要关系见表2。表 2 水资源生态盈余关系表EDw盈余情况水资源利用承载力情况 0为生态盈余水资源利用在承载力之内=0水资源的利用处于临界状态 0为生态赤字水资源利用超过其承载力，处于不可持续发展阶段。2.2.2 水资源生态压力指数水资源压力指数翻译研究区域内的水资源可持续利用情况和生态环境承受的压力强度。计算式如下10：EPw=EFw/ECw （4）式中：按照任志远、黄青等研究可将水资源生态压力指数划分为4个等级11，小于0.5为安全状态，大于1为不安全状态；0.50.8之间为较安全状态；0.8 1 之间为临界状态。2.3.3 万元 GDP 水资源生态足迹反映水资源的利用效率主要是万元 GDP 水资源生态足迹，结果与水资源利用效率相反。其计算式如下12：EFGDP=EFw/GDP （5）3 结果与分析3.1 用水生态足迹分析云南省水资源生态足迹总体呈现波动上升趋势，表明随着社会经济发展，水资源消耗量不断增加；在 3 类水生态用水足迹中，生产用水生态足迹最高，人均生产用水生态足迹均值为 0.308 0 m3/hm2，占总水资源生态足迹的81.10%90.55%，整体呈下降趋势如图 1 所示。特别是 2012 年后，人均生产用水生态足迹均低于0.30 m3/hm2，该阶段处于党的十八大以来倡导高质量发展的阶段，经济由高速发展阶段转向了高质量发展阶段，因此生产对水资源的耗损也在降低；人均生活用水生态足迹均值为 0.041 1 m3/hm2，占总水资源生态足迹的 8.872%16.06%，呈增大趋势，说明随着人们生活水平的提高，对生活用水的需求在持续增大；人均生态用水生态足迹均值为 0.005 5 m3/hm2，占总水资源生态足迹的比例最小，但近年呈增长趋势，尤其是在 2011 年之后，年均增长率为 41%，表明十八大以来大力推进生态文明建设，云南践行“绿水青山就是金山银山”?图 1 云南省 20052020 年水资源人均生产、生活、生态足迹变化图理念，生态用水保障进一步得到增强。3.2 水资源承载力分析20052020 年人均水资源承载力与年均降雨量变化趋势一致。云南水资源承载力 2008 年最高达到 5.106 hm2/人，2009 年急剧减小到 3.457 hm2/李菊 基于水足迹的云南省水资源利用评价研究41?图 5 云南 20052020 年万元 GDP 水资源生态足迹变化图人，2019 年降低到 3.164 hm2/人的最低值，主要原因是 20092011 年云南遭遇 3 a 干旱，降雨量和水资源量减少，除 2019 年降雨量较常年偏少21.2%，水资源承载力变小外，2011 年起水资源承载力逐步缓慢增长的趋势，如图 2 所示。?图 2 云南省 20052020 年人均水资源承载力、年平均降雨变化图?图 3 云南省 20052020 年水资源压力指数变化图3.3 水资源可持续利用评价指标分析3.3.1 水资源压力指数分析云南省3种用水水资源压力指数都在0.5以下、生产用水占比最大、生态用水占比最小。生产水资源压力指数在 2011 年之前和 2018 年后波动较大且变化规律不明显，2011 年至 2018 年呈下降趋势；生活水资源压力指数 2011 年前围绕 0.006 波动，2011 年后围绕 0.01 波动，总体波动平稳；生态水资源压力指数呈逐年的上升趋势，如图3所示。图 2 的水资源承载力和年平均降雨量变化曲线与图 3 比较，可以得出 3 种用水水资源压力指数与年水资源承载力及平均降雨量呈现相反关系。3.3.2 生态盈余分析云南省 20052020 年水资源生态盈余均大于1，属生态盈余状态，如图 4 所示。2008 年云南水资源生态盈余为 4.781 2 hm2/人，生态盈余最大；?图 4 云南省20052020 年生态盈余变化图2019 年的生态盈余 2.878 hm2/人，生态盈余最小。2011 年和 2019 年也是研究期内云南水资源总量最大和最小的一年，图 4 和图 2 比较可知，生态盈余状况与年平均降雨量年度变化趋势相同。3.3.3 万元 GDP 水资源生态足迹分析云南省 20052020 年万元 GDP 水资源生态足迹整体呈下降趋势，由2005年的0.460 07 hm2/104元下降到 2020 年的 0.07 hm2/104元，15 年间整体下降了 0.390 07 hm2/104元。2011 年以前下降较快，之后下降趋势平缓，并趋于平稳，如图 5 所示。通过近年云南省 GDP 水资源生态足迹可以表明，云南的水资源整体处于可持续利用状态，且在十八大以来云南通过“转方式、调结构”，产业转型和技术提高，水资源得到了充分利用，利用效率逐年提高。4 结束语1）云南省 20052020 年人均总用水生态足迹变化不明显，总体在 0.35 m3/hm2上下波动；水资源生态承载力 2011 年前变化较大，从 2011 年起逐步缓慢增长，水资源生态承载力与年平均降雨变化趋势基本一致。（下转第 45 页）刘英，于立宏，郑海伦，张旭柱，李晓明 浑源抽水蓄能电站泄洪排沙洞出口工程地质研究45一样的，所面临的问题都是相同的。出口区隧洞开挖存在风险，隧洞在开挖及支护过程中发生塌方的可能性较大，为避免风险，开挖前超前支护、开挖过程中控制爆破12、开挖后及时支护13非常重要。4 结束语工程地质分析与数值模拟相互补充与配合，深入分析得出浑源抽水蓄能电站泄洪排沙洞出口区桩号 0+692 m、0+667 m 及之间任一位置做为进洞点工程地质条件相同，边坡及隧洞开挖完成后，隧洞围岩位移、应力、塑性变化大小及规律基本相同。泄洪排沙洞出口区隧洞施工难度大，面临塌方风险。把受断层、节理裂隙组合切割的岩体看成为理想弹塑性材料进行二维有限元数值模拟略显不足，待下一阶段进行研究。参考文献：1 李苏陈，张冰.钻爆法岩石隧洞塌方处理方案 J.山西水利科技，2022,（3）:29-31.2GB 50287-2008 水利水电工程地质勘察规范S.3 张自解，覃相和.隧洞开挖光面爆破技术应用中施工细节管控 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0.5，云南省水资源具有一定的可开发利用空间。总体来看，云南省水资源较丰富，为可持续发展状态。但云南水资源分布不均，加上水环境的恶化造成部分地区用水困难，也给水生态系统带来了巨大的压力。同时，云南正在实施的滇中引水工程等重大水利工程将对全省水资源分配产生重大影响，投入运营后全省区域间的水生态足迹也将产生重大变化，未来有必要分区域对云南省水足迹进行评价，以根据各区域实际状况制定差异化的水资源利用和水生态保护对策。参考文献：1李冰瑶，陈星，周志才，等.缺水地区水资源可持续利用评价与对策探讨J.水资源与水工程学报，2017,28（6）:5.2高嵩，李作洪.合理构建供水水资源系统保障现代新昆明经济社会可持续发展J.水利水电技术，2007,（12）:9-12.3秦智雅，俞洁，孙国金，等.基于水足迹的嘉兴市农业产业结构优化模型J.浙江大学学报：理学版，2022,49（5）:613-622.4赵琦，热合曼艾买提,徐红,等.新环保视域下水足迹的研究进展与展望J.绿色科技，2022,24（14）:28-31.5章诗享，童彦，徐鸿琳，等.云南省经济发展与水资源利用的脱钩分析J.曲靖师范学院学报，2018,37（5）:78-82.6张岳，中国 21 世纪水危机与节水J.水利水电科学进展，1997,（2）:2-9.7关格格,贾陈忠,秦巧燕.基于水生态足迹的山西省水资源利用研究J.人民黄河，2017,39（7）:96-99.8张倩，谢世友.基于水生态足迹模型的重庆市水资源可持续利用分析与评价J.灌溉排水学报，2019,38（2）:93-100.9 谭秀娟，郑钦玉.我国水资源生态足迹分析与预测 J.生态学报，2009,29（7）:3559-3568.10任志远，黄青，李晶.陕西省生态安全及空间差异定量分析J.地理学报，2005,（4）:597-606.11李允洁，吕惠进，卜鹏.基于生态足迹法的浙江省水资源可持续利用分析J.长江科学院院报，2016,33（12）:22-26.12张义.基于生态足迹模型的广西水资源利用评价J.人民黄河，2014,36（2）:58-61.