基于生态足迹理论的厦门市水资源可持续利用分析

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  摘要 采用生态足迹法计算2012—2019年厦门市水资源生态足迹和生态承载力,并引入万元GDP水资源生态足迹、生态压力指数和可持续指数对厦门市水资源可持续利用状态进行分析。结果表明,2012—2019年厦门市人均水资源生态足迹变化不大,平均值0.272 hm2;人均水资源生态承载力总体下降,从0.548 hm2减少到0.346 hm2,下降了36.9%;水资源在2017和2018年出现生态赤字;万元GDP水资源生态足迹明显降低,水资源利用总体上处于弱可持续状态。
  关键词 水资源生态足迹;生态承载力;可持续利用;厦门市
  中图分类号 TV 213.4  文献标识码 A  文章编号 0517-6611(2021)19-0060-04
  doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.19.015
  开放科学(资源服务)标识码(OSID):
  Analysis of the Water Resources Sustainable Utilization in Xiamen City Based on Ecological Footprint Theory
  XUE Ruo-han
  (Ocean College, Minjiang University, Fuzhou, Fujian 350108)
  Abstract The water resources ecological footprint and ecological carrying capacity in Xiamen from 2012 to 2019 were calculated by using ecological footprint method. The water resources ecological footprint per ten-thousand-yuan GDP, ecological pressure index and sustainable index were introduced to analyze the sustainable utilization of water resources in Xiamen. The results showed that the per capita water resources ecological footprint did not change significantly from 2012 to 2019, with an average value of 0.272 hm2. The per capita water resources carrying capacity decreased from 0.548 hm2 to 0.346 hm2, a decrease of 36.9%. There was an ecological deficit in water resources in Xiamen in 2017 and 2018. The water resources ecological footprint per ten-thousand-yuan GDP decreased significantly. The utilization of water resources in Xiamen was in a weak sustainable state.
  Key words Water resources ecological footprint;Ecological carrying capacity;Sustainable utilization;Xiamen City
  作者簡介 薛若晗(1978—),女,福建福州人,讲师,硕士,从事生态环境研究。
  收稿日期 2021-02-18
  要保障区域生态安全,水资源的可持续利用是其中重要的环节。进行水资源利用评价的方法很多,目前国际上较常用的是生态足迹法[1-3]。生态足迹理论从1992年被提出以来,以其简单便捷性而得到了广泛使用[4]。生态足迹是衡量区域可持续发展的重要指标之一,它将生态资源占用转化成土地面积,继而综合核算区域自然资产[5]。但传统生态足迹模型在对水域用地进行计算时,只考虑水域的生物生产,通常只计算渔业生产,一般未将水资源纳入计算结果中[6]。为了克服此缺陷,黄林楠等[7]基于生态足迹理论,创建水资源用地账户,构建计算模型,将水资源消耗量折算成对应的生产用地面积,计算水资源生态足迹。近年来,国内外众多学者从模型改进、测度分析和模拟预测等方面对水资源生态足迹的研究方法进行不断地丰富与拓展,并从各自的角度对各种区域尺度的水资源生态足迹动态特征及其利用的可持续性进行了定量分析和评价,如李兴正等[8]从国家的尺度上,分析了水资源的供需关系;沈玉洁等[9-11]从省域的尺度上,分别对河南省、吉林省和黑龙江省的水资源可持续利用进行了分析;李睿佳等[12]和路瑞等[3]从流域的尺度上,先后进行了黄河流域的水资源生态赤字的动态研究和水资源利用的评价;赵茂嵚等[13-15]分别从城市群的尺度和单个城市的尺度上,对川东北城市群、青岛和宿迁的水资源利用状态进行了研究。
  笔者选取厦门市为研究区域,借鉴水资源生态足迹的相关研究和分析方法,依据厦门市2012—2019年水资源相关数据,采用水资源生态足迹模型,并选用水资源生态可持续性评价的相关指数,分析厦门市水资源生态足迹及生态承载力变化趋势,评价水资源利用的可持续性,以期为保障区域生态安全给予理论支持。
  1 资料与方法
  1.1 研究区域概况
  厦门市是福建省的副省级城市、经济特区,位于福建东南端。2019年底厦门市常住人口429 万,土地总面积1 700.61 km2,当年实现生产总值(GDP)5 995.04亿元。厦门市属亚热带海洋性气候,多年平均降水量1 513.3 mm,植被茂盛,风景宜人,2019年获得“国家生态园林城市”称号[16]。   1.2 数据来源
  厦门市多年来各方面统计资料和数据比较完善,为该研究提供数据基础。该研究所涉及的厦门市人口、GDP数据来自《厦门经济特区年鉴(2013—2020年)》[16]和《福建统计年鉴(2013—2020年)》[17],厦门市总用水量、水资源总量和产水模数等数据来自《厦门水资源公报(2013—2020年)》[18]。
  1.3 研究方法
  1.3.1 水资源生态足迹模型。
  计算水资源生态足迹是将某一地区水资源的消耗量转换为对应的生产用地面积,加入均衡因子进行修正,得出全球范围内可比的用地面积数值,用以度量某区域的人口经济对水资源的需求状况[14,19]。计算公式如下:
  EF W= N ×ef W= N×γ  W ×WP  W(1)
  式中,EF W为区域水资源总生态足迹(hm2); N 为区域人口数;ef W为人均水资源生态足迹(hm2); γ  W为水资源的全球均衡因子,该研究采用2002年世界自然基金会(WWF)的参数值5.19; W 为消耗的水资源量(m3); P  W为全球多年平均产水模数(m3/hm2),参考已有研究,取值3 140 m3/hm2[7,13-14]。
  1.3.2 水资源生态承载力模型。
  水资源生态承载力是指某时间段内某地区能提供的水资源可持续利用能力的上限。为了生态环境可持续发展,区域水资源的开发利用通常是将60%的水用于维持生态环境,40%用于满足人类社会发展需求[13,19-21]。计算公式如下:
  EC W= N ×ec W=0.4× Ψ×γ  W ×QP  W(2)
  式中,EC W为区域水资源总生态承载力(hm2);ec W为人均水资源生态承载力(hm2); Ψ为区域水资源的产量因子,是区域产水模数与全球产水模数的比值;Q 为水资源总量(m3)[13,20-21]。
  1.3.3 水资源生态盈亏。
  区域水资源生态盈亏(ED W)计算公式为:
  ED W=EC W-EF W(3)
  若ED W<0,表示区域水资源出现亏损,其利用是不可持续的;若ED W>0,则水资源处于可持续利用的状态;若ED W=0,表示水资源的利用到达临界状态[13,21-22]。
  1.3.4 万元GDP水资源生态足迹。
  万元GDP水资源生态足迹( G  W)计算公式为:
  G  W=EF WGDP(4)
  计算结果数值越低,表示区域水资源利用效率越高;计算结果数值越高,表示利用效率越低[13,21-22] 。
  1.3.5 水资源生态压力指数。
  水资源生态压力指数(EP W)为水资源的生态需求占供给的比例[13,21-22]。计算公式如下:
  EP W=EF WEC W(5)
  若EP W=1,则区域水资源生态需求与供给相对趋于平衡;若01,表示区域水资源利用处于生态不安全状态,数值大,则不安全程度高[13,21-22]。
  1.3.6 水资源可持续指数。
  水资源可持续指数(SI W)是指某个区域在某段时间内水资源的可持续供给量能满足区域发展对水资源需求的程度,即区域水资源利用的可持续状态[11,14]。计算公式如下:
  SI W=EC WEC W+EF W(6)
  根据已有研究,SI W≥0.80,表示水资源处于强可持续利用状态;0.65≤SI W<0.80,表示处于中可持续利用状态;0.50≤SI W<0.65,表示处于弱可持續利用状态;0.35≤SI W<0.50,表示处于弱不可持续利用状态;0.20≤SI W<0.35,表示处于中不可持续利用状态;0  2 结果与分析
  2.1 水资源产量因子
  根据基础数据计算得到2012—2019年厦门市水资源产量因子分别为2.481、2.713、1.990、2.602、4.710、1.726、1.764和2.051。
  2.2 水资源生态足迹
  将基础数据代入公式(1)、(2)、(3),得到2012—2019年厦门市人均水资源生态足迹和生态承载力,进而得出人均生态盈余,详见表1。人均水资源生态足迹根据用水类型可分为生产用水、生活用水、生态用水3类,分别计算出这3类用水足迹占比,详见图1。2012—2019年厦门市降水量和人均水资源生态承载力对比见图2。
  由表1可知,2012—2019年厦门市人均水资源生态足迹基本保持平稳,平均为0.272 hm2,各年变动幅度不大,最大值是2017年的0.289 hm2,最小值是2019年的0.263 hm2。从图1可以看出,人均水资源生态足迹各组成部分的比重在2012—2019年虽有变化,但生产用水人均足迹数值和占比始终最大。生产用水人均足迹从2012年的0.187 hm2先降低至2016年的0.163 hm2,然后2017年反弹上涨至0.190 hm2,而后又逐年下降至2019年的0.152 hm2,总体趋势下降;其在人均水资源生态足迹中的占比也有所下降,从2012年的69.03%下降至2019年的57.75%。生活用水人均足迹从2012年的0.081 hm2小幅升高至2016年的0.100 hm2,而后下降至2019年的0.098 hm2,总体趋势上升;其在人均水资源生态足迹中的占比也随之增加,从2012年的29.73%增长至2019年的37.23%。生态用水人均足迹从2012年的0.003 hm2增长至2019年的0.013 hm2;其在人均水资源生态足迹中所占的比例较小但增幅明显,从2012年的1.25%上升至2019年的5.02%。   从图2可以看出,2012—2019年厦门市人均水资源生态承载力除了在2016年突然大幅上升之外,总体呈下降趋势,从2012年的0.548 hm2下降至2019年的0.346 hm2,降幅为36.9%。2016年的降水量最多,为2 314.0 mm,较常年值多52.9%,同年的人均水资源生态承载力也达到8年间最高值(1.996 hm2);而2017和2018年降水量分别为1 073.7和1 290.2 mm,分别比常年值少29.0%和14.7%,这2年的人均水资源生态承载力是8年间较小的。这说明厦门市水资源生态承载力的变动主要是受到各年降水量不稳定的影响。
  2012—2019年厦门市人均水资源生态盈亏与人均水资源生态承载力的变动趋势类似。其中,2012、2013、2014、2015、2016、2019年水资源出现生态盈余,尤其是2016年,生态盈余达到最高,为1.727 hm2;2014和2019年的生态盈余幅度较小;而2017、2018年水资源出现生态赤字,但幅度不大,分别为0.027和0.003 hm2。
  2.3 万元GDP水资源生态足迹分析
  根据公式(4)计算得出厦门市万元GPD水资源生态足迹,见图3。从图3可以看出,2012—2019年厦门市万元GDP水资源生态足迹大幅减少,从0.035 hm2下降至0.019 hm2,降幅达45.71%。可见,随着厦门市经济发展和科技进步,水资源利用效率在明显提高,经济社会日益趋向高质量发展。
  2.4 水资源生态压力指数分析
  根据公式(5)计算得出厦门市水资源生态压力指数变化情况,见图4。从图4可以看出,2012—2019年厦门市水资源生态压力指数反复波动,波幅较大。2016年的指数最低,为0.135,2017和2018年的指数都大于1,最大值是2017年的1.103,其余年份的指数都在0~1。这说明厦门市水资源生态抗压能力并不稳定,存在很大的波动性,尤其2017和2018年的水资源消费量大于供给能力,处于生态不安全状态。
  2.5 水资源可持续指数分析
  根据公式(6)计算得出厦门市水资源可持续指数变化情况,见图5。由图5可知,2012—2019年厦门市水资源可持续指数最大值是2016年的0.881,水资源为强可持续利用状态;较小的是2017年的0.476和2018年的0.497,水资源为弱不可持续利用状态;2014和2019年水资源为弱可持续利用状态;2012、2013和2015年水资源为中可持续利用状态;这8年的平均值为0.631,总体来说水资源为弱可持续利用状态。
  3 结论与建议
  3.1 结论
  (1)在研究期间,厦门市人均水资源生态足迹变动幅度不大。从各类用水的生态足迹的数值和占比的排序来看,生产用水足迹的数值和占比在研究期间总体下降,但在3种用水足迹中始终保持领先,这表明厦门市水资源消费是以生产用水为主;位居第二的是生活用水足迹,其数值和占比都小幅上升;处于最末的是生态用水足迹,数值和占比也呈上升趋势且增幅明显,但由于其数值和占比都较小,因此增加值不大。由此可见,近年来厦门市在提升GDP的同时推行生产节水,略有成效;人民生活水平的提高促使生态足迹的小幅增加,这是当前在保障水资源可持续利用时需要重点关注的问题;而生态用水足迹占比的增加则表明当地环保意识日益加强和生态保护行为的增加。
  (2)研究期间厦门市人均水资源生态承载力明显受到降水量的影响,数值起伏较大,引起人均水资源生态盈亏出现相同趋势的变动。在2017和2018年水资源出现了数值较小的生态赤字,其余年份都存在生态盈余。厦门市地处水资源充沛的福建省,在研究的8年里,其水资源却不能常年稳定满足其需要,从长远角度看,這将会制约区域发展。因此,作为福建省的经济发达城市,厦门市的水资源利用情况存在安全隐患。
  (3)研究期间厦门市万元GDP水资源生态足迹明显降低,其水资源利用效率有显著提升。水资源生态压力指数只有2017和2018年超过1,其余年份都小于1,水资源生态压力总体来说处于安全范围内,但水资源供需矛盾已经开始显现。这8年间的水资源利用状况:有1年为强可持续利用;有3年为中可持续利用;有2年为弱可持续利用;其余的2年为弱不可持续利用;就研究期间平均值而言,为弱可持续利用状态。厦门市的水资源利用与区域发展开始出现不协调。
  该研究的不足之处主要在于未考虑各产业污水处理用水量对生态足迹的影响,这可作为下一步进行专项研究的方向。
  3.2 建议
  (1)加强水资源的保护和管理。厦门市当前施行的河湖长制在保护水资源方面取得了一定成效,应继续深化推行,推动和完善小流域综合治理、生态河道建设、溪流养护社会化管养长效机制等。同时也要继续推动修改后的《厦门经济特区水资源条例》顺利实施。
  (2)拓展水资源的来源。在当前形势下,厦门市可以考虑采用以下形式增加水资源供给:首先,加快调水和水源工程建设,加快建设高颜值生态花园之城部署,推进闽西南协同发展区水资源合作,实现水资源联合调度、联合保障,缓解极端天气年份造成的水资源生态承载压力,确保各年间水资源总量的稳定性,以增加水资源生态承载力。其次,提高水资源利用效率,发展节水农业,限制高耗水工业,发展循环经济,采取节水措施继续减少生产用水。再次,强化雨水收集和利用系统,完善污水排放制度,加大督查力度,提高污水净化技术,实现污水处理后再利用。最后,充分利用厦门市滨海的优势,逐渐增大海水代用量的比例,以增加水源。
  (3)倡导节约用水,树立全社会节水观念。厦门市的居民生活用水逐年持续增长,有鉴于此,厦门市应继续增加宣传力度,完善阶梯水价制度,倡导循环使用生活用水。同时也应加强节水技术和用具在居民和生产企业中的推广。在生产、生活、生态方方面面做到保护、节约水资源,构建节水型社会,最终实现水资源的可持续利用。   参考文献
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