基于生态足迹法的营口市水资源承载力研究.pdf

环境保护与循环经济52基于生态足迹法的营口市水资源承载力研究谌炜林赵磊张杰马蕊?肖童超?付保荣”1（1.辽宁大学环境学院，辽宁沈阳110 0 36；2.中建材资源环境有限公司，北京10 0 10 2）摘要：定量评价水资源承载力可为水资源的可持续利用及经济社会的可持续发展提供科学依据。根据水资源状况，采用生态足迹法，利用水资源生态足迹模型与承载力模型，研究了2 0 14一2 0 2 0 年营口市水资源生态足迹、水资源承载力和水资源负载指数的动态变化。结果表明：营口市水资源生态足迹相对平稳，其中，农业用水生态足迹占比最高，居民生活用水、城镇公共用水、生态环境用水生态足迹总体缓慢升高，工业用水生态足迹下降明显，但有回升趋向。营口市水资源生态足迹远高于水资源承载力，表明出现了严重的水生态赤字现象，但水资源承载力波动上升与水资源负载指数逐渐下降，反映了近几年来水资源对生态系统和经济发展的支撑维系能力有了一定程度的增强，水生态赤字现象有所改善，水资源压力有所减轻。营口市水资源承载力有所提升，水资源供需矛盾有所缓和，但水资源生态安全形势依旧严峻，仍需加大调水与节水力度，优化水资源配置，保护水资源。关键词：水资源生态足迹；水资源承载力；水资源负载指数；营口市Abstract:The quantitative evaluation of the carrying capacity of water resources can provide a scientific basis for thesustainable use of water resources and the sustainable development of economy and society.According to the waterresources situation,the ecological footprint method was used to study the dynamic changes of water resourcesecological footprint,water resources carrying capacity and water resources load index in Yingkou from 2014 to 2020using the water resources ecological footprint model and the carrying capacity model.The results show that theecological footprint of water resources in Yingkou is relatively stable,with the ecological footprint of water used foragriculture accounting for the highest proportion,the ecological footprint of water used for residential life,urban publicand ecological environment rising slowly overall,and the ecological footprint of water used for industry decliningsignificantly but tending to rebound.Yingkous water ecological footprint is much higher than its water carryingcapacity,indicating a serious water ecological deficit.However,the fluctuating increase in water carrying capacity andthe gradual decrease in the water load index reflect that the ability of water resources to support the ecosystem andeconomic development has increased to a certain extent in recent years,and the water ecological deficit problem hasimproved and the pressure on water resources has been reduced.Yingkous water resources carrying capacity hasincreased,and the contradiction between water resources supply and demand has eased,but the ecological security ofwater resources is still serious,and there is still a need to increase water transfer and conservation efforts,optimisewater resources allocation and protect water resources.Key words:ecological footprint of water resources;water resources carrying capacity;load index of water resources;Yingkou city中图分类号：TV211.1,X32文献标识码：A文章编号：16 7 4-10 2 1(2 0 2 3)0 7-0 0 52-0 61引言随着温室效应的加剧，全球气候变暖的脚步正收稿日期：2 0 2 2-0 3-0 6;修订日期：2 0 2 3-0 7-12。作者简介：谌炜林，男，1997 年生，硕士研究生，主要研究方向为区域生态修复。*通讯作者：付保荣，女，196 5年生，教授，博士，主要研究方向为区域生态安全与管理，E-mail：f u b a o r o n g 0 90 3 16 3.c o m。基金项目：营口市科学技术局软科学研究计划（2 0 2 0 JH2/0100009）；哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室项目(ES201916)。在加快。在冰川消融、海平面上升、物候期提前等问题愈发凸显的同时，极端高温、低温、干旱等天气多发且频发，给人类的粮食安全和生命财产安全带来生态环境Ecological Environment53了极大影响。极端天气在一定程度上加剧了我国水资源的时空分布不均，影响了各地区的水资源供需平衡和水资源承载力，使水资源供需原本就已失衡的地区供需矛盾更加尖锐。在此情境下，研究各区域水资源承载力对于应对水资源的时空分布不均与日益突出的供需矛盾，实现经济、社会与环境协调发展具有深远意义。目前水资源承载力研究主要是通过建立评价体系和确定权重对流域或区域进行整体评价 1-2 。如许杨等 3 通过构建水资源承载力综合评价模型对淮安市水资源承载力进行了评价；孙康等 4 建立了芜湖市水资源承载力评价指标体系和评价标准，采用模糊综合评价法对水资源承载力进行评价研究；杨鑫等 5 运用集对分析和熵权赋值的方法，对云南省进行了区域水资源承载力评价。应用于水资源承载力研究的诸多方法虽丰富了研究内容、推动了水资源承载力研究 6 ，但这些方法也存在不足。生态足迹法研究水资源承载力可以弥补其他方法在计算生态承载力时不能评估水资源的生态功能的不足，为全面评估区域水资源的生态功能提供了可靠方法L6。岳晨等 7 以水资源生态足迹为理论基础，分析了北京市2 0 10 一2 0 19年水资源生态足迹、生态承载力和水资源负载指数的动态变化；邓锦山等 8 基于水资源生态足迹等模型，计算了川东南地区水资源可持续指标,并对其时空变化特征进行了分析和探讨；李谨等 9 采用生态足迹法测算了不同空间尺度的徒骇河一马颊河流域2 0 0 3一2 0 19年的水资源生态足迹和承载力。目前营口市水资源承载力的相关研究较少，以水资源生态足迹作为理论基础的研究更是寒寒无几。本文就水资源时空分布不均的问题以及日益突出的水资源供需矛盾，根据2 0 14一2 0 2 0 年营口市地表水、地下水、水资源总量的变化情况，采用生态足迹法开展了水资源承载力研究，力求定量评价水资源承载力，为营口市合理开发利用水资源，缓解水资源时空分布不均、供需矛盾日益突出的问题提供理论依据。2研究区概况与数据来源2.1研究区概况营口市地处辽东半岛西北部，渤海东岸，大辽河人海口左岸。地理坐标为12 156 12 30 2 E，3955一40 56 N。行政区总面积5416 km。营口市属暖温带大陆性季风气候，雨量适中，降水量由东南向西北部递减。主要河流有大辽河、大清河、碧流河、熊岳河等，水资源量较为丰富，但由于复杂的水文气象条件以及地下水超采和水污染严重等问题，水资源存在可开发利用量少、开发难度大等特征。营口市长期以来处于严重的缺水状态，属于典型的资源型重度缺水区10 。水资源量可按行政分区和流域分区分别进行统计，行政分区包括市区（含老边区）鲮鱼圈区、盖州市、大石桥市；流域分区包括大辽河、大清河一大辽河、大清河、复州河一大清河、碧流河。2.2数据来源水资源相关数据主要来源于营口市历年水资源公报（2 0 14一2 0 2 0 年）及统计公报。其中，计算生态足迹使用的农业用水量为农田灌溉用水与林牧渔畜用水量之和。营口市区的水资源相关数据均包含老边区在内。3研究方法3.1水水资源生态足迹模型水资源生态足迹是将消耗的水资源量转化为相应账户的生产面积，即水资源用地面积，然后对其进行均衡化，最终得到全球范围内不同地区可相互比较的均衡值 12-13 基于水资源生态足迹分析方法，建立农业用水、工业用水、城镇公共用水、居民生活用水和生态环境用水5个二级账户。计算公式如下 7,14：EF,=ywxWlpw式中，EFw为水资源生态足迹，hm；为水资源全球均衡因子，取5.19 12 ；W为用水量，m;p为世界水资源平均生产能力，m/hm,取3140 m/hml15。3.2水资源承载力模型水资源承载力主要评价水资源对生态系统和经济系统绿色、可持续良性循环发展的维系与支撑能力 16 。计算公式如下：ECw=0.4xxwxQlpw式中，EC为水资源承载力，hm;为水资源产量因子，取0.7 9 12 ；%为水资源均衡因子，取5.19;Q为水资源总量，m;p为世界水资源平均生产能力，mhm,取 3 140 m/hm。3.3水资源负载指数计算水资源负载指数反映自然水资源的使用程度和开发的难易程度 7 。水资源负载指数计算公式 17-18 为：C=KxVPxG/W环境保护与循环经济54式中，c为水资源负载指数;P为总人口数，万人；G为地区生产总值，亿元；W为水资源总量，亿m；K为与降水量有关的系数。K的计算方式 19 如下：1.01.0-0.1(R-200)/200K=30.9-0.2(R-400)/4000.7-0.2(R800)/80010.5式中,R为降水量,mm。水资源负载指数分级情况 7,19 见表1。表1水资源负载指数分级水资源利用程度级别值及开发潜力I10很高，潜力很小需要调水510高，潜力小25中等，潜力较大开发条件中等V12V14丝结果与分析4.1营营口市水资源生态足迹与承载力计算分析依据营口市水资源相关数据，基于水资源生态足迹模型和水资源承载力模型，计算得出2 0 14一2020年营口市水资源生态足迹和承载力，计算结果见表2。表2 2 0 142 0 2 0 年营口市水资源生态足迹与水资源承载力万hm生态足迹水资源年份农业工业城镇公居民生生态环用水用水共用水活用水境用水2014年10 3.3318.364.0813.200.31139.2821.302015 年10 1.9 0 19.0 64.8313.740.31139.8435.462016 年93.7 010.835.3514.600.31124.7938.882017 年91.1910.835.7614.990.32123.09928.812018年9 5.9 010.726.3615.140.33128.45541.502019年9 5.9 512.676.1614.950.33130.06 36.852020年9 6.8 813.205.5214.800.53130.9372.21营口市水资源生态足迹总体相对平稳，均值为130.92万hm。在水资源生态足迹5个二级账户中，居民生活用水与工业用水生态足迹占总水资源生态足迹的比例2 0 14一2 0 2 0 年平均值分别为11.11%，R20010.35%。2 0 142 0 2 0 年营口市工业、城镇公共、居民100R400生活、生态环境水资源生态足迹见图1。400R8008001 600水资源开发评价开发条件困难较低，潜力大开发条件较容易低，潜力很大可兴修中小工程，开发容易承载力总计+T业用水20居民生活用水18城镇公共用水+生态环境用水1614斤8642F02014201520161年份图12 0 142 0 2 0 年营口市工业、城镇公共、居民生活、生态环境水资源生态足迹2014一2 0 2 0 年营口市水资源生态足迹、水资源承载力及农业用水生态足迹见图2。由图1可见，居民生活用水生态足迹呈现先逐渐上升，2 0 19年起缓慢下降的趋势，总体略微升高。可能是居民节水意识的提升、实行阶梯式水价以及节水技术的不断推广应用造成了其生态足迹的下降。工业用水生态足迹在2 0 16 一2 0 18 年明显下降，推测可能是营口市大力推进产业结构调整，限制或取缔高耗水生产工艺和技术，实行有效的节水技术，使得工业用水量大幅下降。2 0 192 0 2 0 年工业用水生态足迹稳步提升，其原因应该在于城市化进程的加快、经济的稳步发展。城镇公共用水和生态环境用水生态足迹相对较小，占比分别为4.18%，0.2 7%。城镇公共用水生态足迹2 0 14一2 0 18 年稳步上升，所占比重逐年加大，2019年起生态足迹略有下降，总体而言，其生态足迹仍有所升高，占比略有提升。由图1可发现，居民生活用水生态足迹与城镇公共用水生态足迹变化趋势大体一致，推测可能是人民对于生活品质需求提高等推动服务业、建筑业蓬勃发展，从而导致用水量增多，说明城镇公共与居民生活用水两者关系较为密切。生态环境用水生态足迹最小，但其呈现平稳缓201720182019202055慢升高的趋势，占比略有升高。推测造成此种情况可能是营口市从浑河、碧流河跨流域调水力度总体加大而运输途中输水损失增加。农业用水生态足迹最大，其占水资源生态足迹的比例极高，约为7 4.0 9%，是营口市水资源生态足迹产生的主要贡献类型。农业节水是营口市农业发展的当务之急，需进一步广泛应用喷灌、滴灌、管道输水等节约工程，大力发展节水农业，提高农业用水利用效率。1601401201008060402002014图2 2 0 142 0 2 0 年营口市水资源生态足迹、水资源承载力及由图2 可知，水资源生态足迹在均值130.92万hm上下变化较为平缓。而水资源承载力变化却十分明显，有波动上升趋势，其中2 0 16 年、2 0 18 年水资源承载力较高，2 0 14年水资源承载力为历年最低，仅为2 1.30 万hm，而2 0 2 0 年为历年最高。2014一2 0 2 0 年营口市行政分区生态足迹变化情况见图3。807060201002014图32 0 142 0 2 0 年营口市行政分区生态足迹变化情况2014一2 0 2 0 年营口市行政分区水资源承载力变化情况见图4。55F504540+水资源生态足迹10水资源承载力5农业用水生态足迹02014图42 0 142 0 2 0 年营口市行政分区水资源承载力变化情况由图4可知，2 0 14年营口市各区市水资源承载力均为历年最低。经查，该年辽宁省出现严重夏旱，营口市出现严重的粮食作物减产、人畜饮水困难、水力发电量损失等问题。据王岩等 2 0 的2 0 14年辽20152016/年份农业用水生态足迹+营口市区大石桥市鲮鱼圈区+盖州市20152016年份+营口市区大石桥市鲮鱼圈区+盖州市20152016年份2017201820172018201720192020201920202018宁干旱灾害评估，营口市2 0 14年粮食作物减产达32%，作物减产损失4.18 亿元；畜牧业损失0.13亿元；抗旱救灾投入人力与资源折合经济价值达6231.15万元。得益于辽宁省自2 0 11年以来实施“千万亩滴灌工程”和节水增粮行动工程”建设的水源保障作用以及水库优化调度和跨流域调水等水资源优化配置措施的实行，营口市虽遇大旱而无大灾 2 0 。在未来,营口市应继续积极推进相关水利工程的建设,大力节水调水，以应对可能发生的旱情。因气候变化而出现的极端天气会引起某些年份降雨量明显减少，水资源量随之而大幅减少，同时加剧水资源的分布不均与供需矛盾，使水资源承载力大幅降低。因此要积极进行水库、跨流域调水等水利工程建设；倡导节水增粮、滴灌工程；节约农业、工业与生活用水；优化水资源配置，提高水资源利用率；加强灾情预警系统建设等。这样才能在最大程度上减轻极端天气给水资源带来的危害。由水资源生态足迹远高于水资源承载力，可推断出营口市在2 0 142 0 2 0 年每年均出现严重的水生态赤字现象。通过进一步计算，水资源生态压力指数远大于1，表明水资源利用处于不可持续利用状态；水资源可持续指数每年均小于0.5，可推知营口市水资源可持续利用程度较低。但水资源承载力呈20192020环境保护与循环经济56波动上升反映了营口市近几年来强调水资源合理利用、注重节水与水环境治理，积极实施跨流域调水工程、节水增粮项目和灌区节水改造工程取得了一定成效，水资源对生态系统和经济发展的支撑维系能力有了一定程度的增强。水资源生态足迹与承载力之间的差值大体上呈现缩小态势，说明了水生态赤字现象有所改善，水资源压力有所减轻。各区市水资源生态足迹相对平稳。水资源丰沛、河流众多、水系密布的盖州市水资源承载力最高，且变化幅度最大；大石桥市次之，波动幅度较大，与盖州市变化趋势较为一致；产业集中、人口稠密的营口市区（含老边区)水资源承载力较低，变化相对和缓，波动范围为1.8 7 万一2.9 2 万hm；鱼圈区水资源承载力亦较低，波动范围为0.91万一2.33万hm。2014一2 0 2 0 年尽管营口市各区市水资源承载力有所波动起伏，但大体上均呈现波动上升态势。4.2营口市水资源负载指数水资源负载指数是囊括降水、水资源总量、人口以及经济规模等多部门要素的能较为客观地衡量区域水资源利用程度高低的综合评价指标 19。基于营口市水资源分布不均及供需失衡、呕须更加合理地开发利用水资源的情况，通过水资源负载指数的动态变化特征，进一步研究营口水资源负载能力的大小。通过分析，营口市2 0 14一2 0 2 0 年水资源负载指数分别为132.6 0,6 7.0 7,54.2 1,7 9.2 4,54.6 8,6 2.11,28.78。水资源负载指数均大于10,级别均为I级，说明营口市水资源利用程度很高，开发潜力很小，呕须调水。尽管水资源负载指数逐渐波动减小，但负载程度依旧不轻，仍需加大调水与节水力度，合理开发利用、保护好水资源。5结论依据2 0 14一2 0 2 0 年营口市水资源相关数据和各行业、各区市经济社会发展情况，基于水资源生态足迹模型与承载力模型，分析了水资源生态足迹、水资源承载力及负载指数的动态变化。研究结果表明，营口市水资源承载力有所提升，这与前人 2 1-2 2 研究结果较为接近，实现了从生态足迹法这个新的角度对营口市水资源承载力进行研究。生态足迹法评价水资源承载力的结果会因所采用模型的不同而有所差异 18 ,故在未来可采用多种评价方法从不同角度对营口市不同区市的水资源承载力进行评价。本文主要研究结论如下：(1)水资源生态足迹总体相对平稳。其中，农业用水生态足迹最大，占比最高，未来需进一步广泛应用喷灌、滴灌、管道输水等节约工程，大力发展节水农业，提高农业用水利用效率；居民生活用水生态足迹呈略微升高趋势；工业用水生态足迹变化幅度最大，有一定下降趋势，其原因可能是营口市近年来大力推进产业结构调整，限制或取缔高耗水生产工艺和技术,实行有效的节水技术，使得工业用水量大幅下降；城镇公共、生态环境用水生态足迹有一定程度增大。(2)2014年辽宁省出现严重夏旱，营口市水资源承载力为历年最低。在未来，营口市应继续积极推进相关水利工程的建设，大力节水调水,以应对可能发生的旱情。因气候变化而出现的极端天气会引起某些年份降雨量明显减少，使水资源量大幅减少，加剧水资源的分布不均与供需矛盾，从而使水资源承载力大幅降低。因此要未雨绸缪，防患于未然，积极进行水库、跨流域调水工程的建设；倡导农业滴灌、工业产业优化与生活节水；优化水资源配置，提高水资源利用率；加强灾情预警等，努力保持水资源承载力总体稳步提升。（3）营口在2 0 14一2 0 2 0 年每年均出现严重的水生态赤字现象，水资源可持续利用程度较低。但水资源承载力波动上升与水资源负载指数逐渐下降反映了营口市近几年来更加强调水资源合理利用、注重节水与水环境治理，水资源对生态系统和经济发展的支撑维系能力有了一定程度的增强，水生态赤字现象有所缓解，水资源压力有所减轻。（4)营口市水资源生态安全形势依旧严峻，水资源供需失衡、水资源生态足迹大而水资源承载力相对较低的局面没有根本改变。未来，营口市仍需加强产业结构优化调整，继续推广应用节水生产工艺和技术，加大跨流域调水与农业节水灌溉力度，更加合理地开发利用、保护好水资源。参考文献1王晶，胡贵隆，张良.京津冀地区水资源承载力评价与预测J.中国农村水利水电，2 0 2 2(3)：6 9-7 4.2岳启蒙，文倩，贺奕，等.水生态文明城市建设对城市水生态承载力的影响：以武汉市为例 J.生态学报，2 0 2 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