ABSTRACT

According to the calculation results of water ecological footprint and water ecological carrying capacity, the sustainable utilization of water resources in Linfen city from 2006 to 2016 is analyzed, which combine with the water ecological deficit, the water ecological footprint of 10000-yuan GDP, the ecological pressure of water resources and the index of water resources sustainability, etc. The results show that there is an ecological deficit in the utilization of water resources in Linfen city every year, and the annual average is 0.226 hm²/cap. It shows that eco-economic systems are in an unsustainable state of development. However, according to the calculation results of the water ecological footprint of 10,000-yuan GDP and other indexes, the situation of water resources unsustainable development in Linfen city has a trend of improvement.

Keywords:Water Ecological Footprint, Water Resource, Sustainable Development, Linfen City

临汾市水生态足迹动态分析

韩 佳，任世芳^*

太原师范学院地理科学学院，山西 晋中

收稿日期：2018年11月16日；录用日期：2018年11月30日；发布日期：2018年12月7日

摘 要

根据临汾市水生态足迹与水生态承载力的计算结果，结合水生态赤字，万元GDP水生态足迹，水资源生态压力与水资源可持续指数等指标，对2006~2016年临汾市水资源可持续利用状况进行分析。结果显示，临汾市水资源利用每年都出现生态赤字，年平均达0.226 hm²/cap，表明生态经济系统处于不可持续的发展状态，但根据万元GDP水生态足迹等指标的计算结果来看，临汾市的水资源不可持续发展状况有改善的趋势。

关键词 :水生态足迹，水资源，可持续发展，临汾市

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1. 引言

水是生命之源、生产之要、生态之基，区域社会经济的稳定发展离不开水资源的持续充足供给。水生态足迹的概念是在生态足迹概念的基础上产生的，指任何已知人口(一个人、一个城市或一个区域)在一定时间内所消费的产品和服务所需要的水资源用地面积 [1] 。临汾市是山西省下辖地级市，位于山西省西南部，临汾盆地纵贯临汾市中部，是山西省重要的粮棉基地之一，2016年国民生产总值为0.12 × 10⁸元，占全省的9.29%。作为传统型工业城市，临汾市的支柱型产业如煤炭、钢铁及机械制造等均有赖于水资源的合理利用 [2] ，水资源可持续利用的研究对于促进临汾市经济社会环境的发展具有十分重要的意义。

2. 研究方法

本文选取的水资源总量、各类型水资源消费量等数据来源于2006~2016年《山西省水资源公报》 [3] ；人口数量及GDP等社会经济相关数据来源于2006~2016年《山西统计年鉴》 [4] 。按照黄林楠、谭秀娟在文献 [1] [6] 中使用的计算模型及参考文献 [7] 中的水资源可持续指数指标，研究首先对临汾市11年间水生态足迹和水生态承载力进行分析计算，其中水生态足迹包括农业用水、工业用水、生活用水、城镇公共用水和生态环境用水五个子账户；然后从水生态赤字等方面对临汾市的水资源可持续利用做了评价 [5] 。

2.1. 水生态足迹模型

水生态足迹的计算公式为：

$E{F}_w=N\times e{f}_w=N\times r_w\times \left(W/P_w\right)$ (2-1)

式中：EF_w为水资源总生态足迹(hm²)；N为人口数；ef_w为人均水生态足迹(hm²/cap)；r_w为水资源全球均衡因子，取5.19 [1] ；W为人均消耗的水资源量(m³)；P_w为水资源全球平均生产能力(m³/hm²)，取3140 m³/hm² [1] 。

2.2. 水生态承载力的计算模型

基于水生态足迹的理论，水生态承载力是指一定时期内某区域水资源开发利用对该区域经济—社会—生态系统发展的支撑能力，其计算公式 [1] 为：

$E{C}_w=\left(1-60\%\right)\times r_w\times \psi \times Q/P_w$ (2-2)

式中：EC_w为水生态承载力(hm²)；r_w为水资源全球均衡因子，取5.19 [1] ；ψ为区域水资源产量因子，由区域产水模数与中国单位面积产水量(29.46 × 10² m³/hm²)的比值，再除以中国的水资源产量因子(0.94)所得 [1] ；Q为计算区域内水资源总量(m³)；P_w为水资源全球平均生产能力(m³/hm²)，取3140 m³/hm² [1] 。

2.3. 水资源可持续利用评价指标

1) 水生态赤字

将区域内水生态足迹和水生态承载力相比较，得出水生态赤字和水生态盈余结果 [6] ，其计算公式为：

$Erd=E{C}_w-E{F}_w$ (2-3)

式中：Erd > 0表示水资源生态盈余，此时区域水资源可持续利用；Erd < 0表示水资源生态赤字，此时区域水资源不可持续利用。

2) 万元GDP水生态足迹

万元GDP水生态足迹是指区域水资源总生态足迹(EF_w)与区域国内生产总值(GDP)的比值 [6] ，其计算公式为：

$万元\text{GDP}水生态足迹=E{F}_w/\text{GDP}$ (2-4)

式中：万元GDP数值越大，水资源利用效率越低，越不可持续利用；数值越小，水资源利用效率越高，越可持续利用。

3) 水资源生态压力指数

水资源生态压力指数(EPI_w)是由区域水生态足迹(EF_w)除以水生态承载力(EC_w)所得 [6] ，其计算公式为：

$EP{I}_w=E{F}_w/E{C}_w$ (2-5)

式中：当0 < EPI_w < 1时，表明该区域水资源供给量大于消费量，水资源利用处于可持续利用状态；当EPI_w = 1时，表明该区域水资源供需平衡，水资源可持续利用处于临界状态；反之，当EPI_w > 1时，水资源为不可持续利用；EPI_w越大，水资源利用越不可持续。

4) 水资源可持续指数

水资源可持续指数(SI_w)是指一定时期某区域可持续供给的水资源总量满足该区域人类社会经济活动对水资源的需要程度，以此来评价区域水资源可持续发展利用程度 [7] 。其计算公式为：

$S{I}_w=E{C}_w/\left(E{F}_w+E{C}_w\right)$ (2-6)

式中：0 < SI_w < 1，SI_w值越大，表明水资源可持续利用程度越高，即水资源利用处于可持续状态；反之，则水资源可持续利用程度越低，即水资源利用处于不可持续状态。0.5即为水资源可持续利用与不可持续利用的临界点。

3. 水资源生态足迹和生态承载力分析

3.1. 临汾市水生态足迹计算

根据2006~2016年山西省水资源公报中农业用水、工业用水、城镇公共用水、生活用水和生态环境用水数据，临汾市各水生态足迹子账户计算结果见表1。

表1. 2006~2016年临汾市各水生态足迹子账户(单位：×10⁴ hm²)

Continued

由表1和图1可知，2006~2016年的11年间，临汾市水生态足迹总体上呈不断增长趋势，表明水资源利用量和对水资源的需求均在增加中。其中，2009~2011年阶段增长迅速，增长幅度为28.91%。2011~2016年在波动中基本保持稳定趋势。

由图2可以看出，各子账户中，农业用水生态足迹研究期均值占总水资源生态足迹的65.70%，工业用水和生活用水的生态足迹分别占总水资源生态足迹的16.03%和12.54%，生态环境用水和城镇公共用水生态足迹均值占总水生态足迹的3.28%和2.44%。农业用水生态足迹占的比重最大，表明农业用水是临汾市水资源利用的主要部分，对水资源生态环境产生的影响也最大。

图1. 水生态足迹变化图

图2. 各水生态足迹子账户变化图

图3. 人均水生态足迹变化图

由图3可知，近11年来临汾市的人均水生态足迹总体呈现波动上升的趋势。2009年达到最低点，为0.228 hm²/cap，之后在2011年达到最大值，为0.286 hm²/cap。2016年比2006年的人均水生态足迹增加了18.30%，虽然2007~2009及2011~2014年间有所下降，但总体来说降幅较小，变化趋势较平稳。

3.2. 水生态承载力计算

图4显示，11年间临汾市人均水生态承载力总体保持平稳发展趋势，2016年较2006年增长了9.38%。研究期最小值为2010年的0.016 hm²/cap，最大值为2013年0.067 hm²/cap。2013年后，人均水生态承载力数值有所下降，2015年降至0.018 hm²/cap，比2013年下降了73.13%。2006~2016年间人均水生态承载力的最大值与最小值之间仅相差0.051 hm²/cap，总体来说变化较小，呈现平稳发展趋势。

图4. 人均水生态承载力变化图

4. 临汾市水资源可持续利用评价分析

4.1. 水生态赤字动态分析

图5显示，临汾市11年间人均水生态足迹均大于人均水生态承载力，因此水资源利用每年都出现生态赤字现象。2006年水生态赤字最小，为0.203 hm²/cap，2015年水生态赤字最大，为0.252 hm²/cap，2016年比2006年水生态赤字增长了21.18%，总体来说临汾市水生态赤字在波动中保持比较稳定的变化趋势。

4.2. 万元GDP水生态足迹动态分析

由图6可以看出，2006~2016年间，临汾市的万元GDP水生态足迹数值总体呈下降趋势。2006年，临汾市万元GDP水生态足迹需求为0.166 hm²，至2016年降为0.103 hm²，减少了37.95%。万元GDP的计算结果表明临汾市水资源开发利用的不可持续发展状态正在改善，在经济社会发展中水资源利用效率得到了一定程度的提高。

图5. 人均水生态足迹和水生态承载力与水生态赤字变化图

图6. 万元GDP水生态足迹变化图

4.3. 水资源生态压力动态分析

研究期内临汾市的水资源生态压力指数在4.0以上。根据水资源生态压力指数标准可知，临汾市11年间水资源开发利用均处于不安全状态。由图7可以看出，水资源生态压力指数波动较大，2010年达到最大值15.436，较2006年上升了112.65%，到2013年是研究期最低点，为4.048，比2010年减少了73.78%。在研究期间，2016年较2006年的水资源生态压力指数相对增加了16.71%，总体而言变化不大，但由趋势线可以看出，研究期内水资源生态压力指数呈现微弱的减小趋势，说明临汾市的水生态压力有逐渐缓解的发展趋势。

图7. 水资源生态压力变化图

4.4. 水资源可持续指数

根据标准，可持续指数处于0~0.5时，水资源为不可持续利用，数值越小，水资源利用效率越低，越不可持续利用。临汾市2006~2016年间水资源可持续指数均在0.5以下，表明近11年来临汾市水资源利用均为不可持续利用状态。

图8显示，在研究期内，2016年比2006年的水资源可持续指数减少了12.40%，最小值为2010年的0.061，2013年达到最大值，为0.198，比2010年增长了224.59%。由趋势线看出，总体而言，水资源可持续指数有微弱的上升趋势，表明临汾市水资源利用效率有逐渐提高的迹象，不可持续发展状态正逐渐改善。

图8. 水资源可持续指数变化图

5. 结论

研究分析表明，11年间临汾市人均水生态足迹总体上呈不断增长趋势，人均水生态承载力则总体保持平稳发展状态，表明临汾市社会经济发展中对水资源的需求在不断增加。各子账户中农业用水生态足迹占总水资源生态足迹比重高，且有上升趋势，说明临汾市内农业用水的效率还有待提高，工业用水生态足迹占总水资源生态足迹比重位居第二，且有下降趋势，说明工业用水效率在逐渐提高。

研究期水生态足迹总体上远大于水生态承载力，因此出现水生态赤字现象，水资源生态压力指数及水资源可持续指数均显示临汾市整体上存在较严重的水资源不可持续利用和水资源生态环境不安全状态。11年间临汾市人均水生态承载力呈现缓慢增长趋势，且万元GDP水生态足迹呈下降趋势表明这种水资源利用不可持续情况和水生态压力的恶化正在改善。为了保持并促进这一趋势的发展，在今后的发展中，应加强水资源开发利用控制、用水效率控制与水功能区限制纳污红线管理 [8] ，大力发展节水、治污等高新技术 [6] ，全面推进节水型社会建设。

基金项目

山西省研究生教育创新项目“基于水生态足迹的汾河流域水资源可持续性及生态补偿研究”(SYYJSJC-1807)；山西省软科学研究项目(2017041032-1)。

文章引用

韩 佳,任世芳. 临汾市水生态足迹动态分析
Dynamic Analysis of Water Ecological Footprint in Linfen City[J]. 水资源研究, 2018, 07(06): 595-602. https://doi.org/10.12677/JWRR.2018.76067

参考文献