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谭 力.基于生态足迹法的郑州市水资源可持续利用分析
[ 作者:谭力 点击数: 更新时间:2022-12-26 责任编辑:学报编辑部]
基于生态足迹法的郑州市水资源可持续利用分析
Analysis on Sustainable Utilization of Water Resources in Zhengzhou Based on Ecological Footprint Method
谭 力
(惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司,广东 惠州 516003)
【来 源】 |
《黄河水利职业技术学院学报》2022年第4期 P1-4页 |
【分 类 号】 |
TV213.9 |
【文献标识码】 |
doi:10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2022.04.001 |
【分类导航】 |
工业技术->水利工程->水资源调查与水利规划 |
【关 键 词】 |
生态足迹法;水资源可持续利用;郑州市;研究模型;水资源承载力;生态盈余 |
【摘 要】 |
采用生态足迹模型对郑州市2003~2019 年的水资源生态足迹、水资源承载力、水资源压力指数以及生态盈余等进行了分析。 结果表明:郑州市生产用水生态足迹逐年下降,而生活和生态用水生态足迹逐年上升;郑州市水资源承载力呈下降趋势,生产、生活用水的水资源压力指数增大,生态赤字状况频出。所以,郑州市水资源利用情势不容乐观,应合理配置水资源,在保持经济发展的同时,加强生态文明建设。 |
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20 世纪末,我国的水资源管理侧重于生产和生活用水,较少考虑生态用水需求,致使河流生态系统受到破坏,人与自然之间的矛盾不断增加。加之人们不合理地开发利用水资源,造成了水体恶化、水土流失、生态退化等生态环境问题。 于是,水资源可持续利用问题开始得到重视。 在水资源可持续利用分析研究中, 由于影响因素种类多且一些影响因素难以量化,造成评估结果的不确定性。 因此,选择合适的评估分析方法是合理、 客观分析水资源可持续利用状况的前提。 常用的水资源评估分析方法有密切值法、指标体系评价法、神经网络法等。 这些方法各有其优缺点,如密切值法能对多元-多属性-多指标对象的价值进行评估及优选, 但易造成指标权重系数偏差大,影响评价结果的准确性[1];指标体系评价法能定量化指标值,但由于指标多样性,指标标准难以确定,且忽略了指标之间的关联性[2];神经网络法考虑了指标之间的关联性,评估结果较为合理,但对数据要求极高且操作较难[3]。 生态足迹法是一种从生态角度衡量可持续发展程度的方法, 由于其计算简单、易于操作而得到了广泛应用[4-5]。
郑州市是河南省省会,位于华北平原南部、黄河下游,总面积7 567 km2。 郑州市人口基数大,水资源总量少, 作为国家中心城市和全国重要的交通枢纽城市, 水资源的匮乏严重制约着其经济社会的发展水平。 笔者试采用生态足迹法对郑州市2003~2019年的生产、生活和生态用水进行分析,旨在反映郑州市水资源可持续利用状况, 以期为其水资源规划和管理提供参考。
生态足迹反映一定区域生产、 生活所消耗的水资源总和,从而体现水资源的消耗水平[6]。 水资源生态足迹模型如式(1)所示。
式 中:EFW 为 水 资 源 生 态 足 迹,hm2;efw 表 示 人均水资源生态足迹,hm2/人;N 为人口数,万人;rw 为全球水均衡因子;W 为水资源用水总量,m3;Pw 为全球水资源平均生产能力,m3/hm2。
水资源生态足迹可以分为3 个方面[7],其表达式为式(2)~式(4)。
式中:EFpw、EFlw、EFew 分别为生产、 生活和生态用 水 生 态 足 迹,hm2;efpwi、eflw、efew 分 别 表 示 人 均 生产、生活和生态用水生态足迹,hm2/人;Wi、Wl、We 分别为生产、生活和生态用水量,m3。
水资源承载力反映区域水资源供给情况[8],可表示为式(5)。
式中:EC 为水资源承载力,hm2;c 为水资源产量因子;Q 为水资源总量,m3。
(1)水资源生态盈余。 从供给与需求关系分析,水资源的需求量与供给量的差值代表生态盈余或赤字[9],可用式(6)表示。
若ED>0,则为生态赤字,说明该地区水资源过度开发利用;若ED<0,则为生态盈余,说明该地区水资源开发利用适当;若ED=0,则为临界状态,代表该地区水资源供需平衡。
(2)水资源生态压力指数EP。 水资源生态压力指数EP 用式(7)计算。
按照任志远等人研究中的等级划分[10],当EP<0.5 时,表示区域水生态环境处于安全状态;当0.5≤EP<0.8 时, 表示区域水生态环境为较安全状态;当0.8≤EP<1 时, 表示区域水生态环境处于临界状态;当EP>1 时,表示区域水生态环境为不安全状态,此时水资源需求量大于供给量,水资源开发利用不健康。
水资源公报数据具有较好的可靠性和代表性,能够合理地反映郑州市水资源可持续利用状况。 本研究以郑州市2003~2019 年的水资源公报中的水资源状况和相关经济社会统计数据为基础, 计算郑州市生态足迹与水资源承载能力。
郑州市2003~2019 年生态足迹计算结果如表1所示。
表1 郑州市2003~2019 年生态足迹与水资源承载力
Tab.1 Ecological footprint and carrying capacity of water resources in Zhengzhou from 2003 to 2019
根据郑州市2003~2019 年生产、生活和生态用水情况,由生态足迹模型计算水资源生态足迹,并绘制人均生产、生活、生态用水生态足迹变化曲线,如图1 所示。
由图1 可知, 在郑州市水资源生态足迹3 个用水项中,生产用水生态足迹约占水资源生态足迹的67%,且呈下降趋势。 生活用水生态足迹约占水资源生态足迹的26%,且呈上升趋势。 这表明郑州市人民生活水平越来越高, 生活用水在水资源配置中的比重也越来越大。 生态用水比例最小,但可以看到,生态用水生态足迹在2003~2010 年逐年增大,2011 年突然减小,随后几年呈现平稳上升趋势。这是由于随着国家生态文明建设战略的提出, 郑州市在生态建设方面的投入也越来越大。
图1 郑州市2003~2019 年人均生产、生活、生态用水生态足迹示意图
Fig.1 Schematic diagram of per capita production, living and ecological water utilization footprint in Zhengzhou from 2003 to 2019
根据郑州市2003~2019 年人均水资源生态承载力和年平均降水数据, 制作人均水资源承载力曲线及平均降水量变化曲线[11],如图2 所示。
由图2 可知,郑州市水资源承载力变化较大,整体呈下降趋势。 2003 年、2011 年、2016 年的水资源承载力较大,2017~2019 年的水资源承载力较小。人均水资源承载力变化趋势与年降水量变化趋势基本一致,年降水量大的年份,人均水资源承载力就大,年降水量小的年份,人均水资源承载力就小。
图2 郑州市2003~2019 年人均水资源承载力及降水量变化曲线
Fig.2 Change curves of per capita carrying capacity of water resources and precipitation in Zhengzhou from 2003 to 2019
2.3.1 水资源压力指数分析
根据上述生态足迹及人均水资源承载力计算结果,计算郑州市生产、生态、生活3 个方面的水资源压力指数,绘制相应变化曲线,如图3 所示。 由图3可知, 2003~2019 年,郑州市生产、生活、生态水资源压力指数变化趋势基本一致, 整体呈增加趋势[12]。其中,生产水资源压力指数高于生态和生活水资源压力指数。2012~2015 年与2018~2019 年,郑州市生产水资源压力指数高于0.5 且低于0.8,水生态环境处于较安全状态;2003~2011 年和2016 年生产水资源压力指数小于0.5,水生态环境处于安全状态。 就生活水资源而言,仅有2017~2019 年的压力指数高于0.5 且低于0.8, 水生态环境处于较安全状态;其余各年压力指数均低于0.5, 水生态环境处于安全状态。 生态水资源压力指数均低于0.5,水生态环境处于安全状态。 由此说明,郑州市用水水平已经进入一个新的阶段,生活用水和生态用水的水资源压力指数呈增加趋势,但合理分配水资源,在保证生活用水和经济发展的同时, 加大生态文明建设力度,促进人水和谐、人与自然协调发展仍然重要。
图3 郑州市2003~2019 年水资源压力指数变化图
Fig.3 Changes of water resources pressure index in Zhengzhou from 2003 to 2019
2.3.2 生态盈余分析
根据郑州市生态足迹和水资源承载力计算结果,进而计算生态盈余状况,如图4 所示。 由图4 可以看出, 郑州市2003~2012 年及2016 年水资源量较为充沛,基本能够满足人们生活、生产和生态用水需求。 其中,2003 年生态盈余达到0.063 3 hm2/人。该年降水量为1 016.5 mm, 水资源总量为21.061 8亿m2,在历年中均最高,充沛的降水和可利用水资源量使得2003 年水资源盈余最多。2012~2015 年与2017~2019 年水资源量不足,低于实际用水量,2017年赤字量最大,为0.018 4 hm2/人,降水量和水资源总量分别为524.1 mm、5.512 亿m2。
图4 郑州市2003~2019 年生态盈余变化情况
Fig.4 Changes of ecological surplus in Zhengzhou from 2003 to 2019
利用生态足迹模型对郑州市2003~2019 年用水情况、水资源总量、年降水量等进行分析,得出如下结论:(1)郑州市生产用水足迹在水资源生态足迹中占比最大,为67%,其整体上呈现逐年下降的趋势;生活用水和生态用水生态足迹整体上逐年上升,表明近年来郑州市水资源配置发生了很大变化。(2)郑州市可利用水资源量越来越少, 但用水需求越来越大,水资源承载力整体下降,表明郑州市的水资源利用压力会越来越大。 (3)从水资源压力指数来看,郑州市水资源压力指数越来越大,2012 年之后的压力指数平均水平远高于之前,处于较安全状态;从生态盈余来看,2012~2019 年中,有7 年出现了生态赤字,郑州市水资源配置规划有待改善。
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