基于水足迹理论的太湖流域水资源评价研究_王锦旗.pdf

第 卷第 期 年 月环境生态学.生态调查与评估基于水足迹理论的太湖流域水资源评价研究王锦旗，薛 艳（南京信息工程大学 应用气象学院，江苏 南京；南京信息工程大学 环境科学与工程学院，江苏 南京）摘要：为了解近 年太湖流域水资源开发利用状况，以太湖流域工农业生产、人口、农产品、动物产品等为研究数据，计算太湖流域水足迹及各项指标，对太湖流域水资源可持续利用状况作出分析与评价。结果表明：太湖流域近 年平均水足迹为.，低于全国平均水平，水资源自给率为.，人均水足迹为.，且逐年呈下降趋势，水资源匮乏度及水资源压力分别高达.、.，整个水资源系统处于严重超载状态。水足迹强度为.万元，且呈逐渐下降趋势，表明太湖流域水资源的利用效率在逐年提高。为促进太湖流域水资源可持续利用，应采取以流域生态修复和水资源优化配置为基础的区域水生态安全保障策略，逐步提高水资源有效利用率。关键词：农作物生产用水量；人均水足迹；虚拟水贸易量；水资源匮乏度；水资源自给率中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，），（），；：，.，.，.，.，.，：；收稿日期：基金项目：江苏省基础研究计划（自然科学基金）（）资助。作者简介：王锦旗（），男，江苏淮安人，博士，副教授，主要从事水生生态系统研究，：。水是社会经济发展的重要自然资源，也是重要战略资源，对人类生存和发展有重大意义，正确合理地评价一个区域水资源家底状况，对区域社会稳定、经济发展、人民生活水平提高十分重要。年，和 提出了水足迹概念，用于计算消耗的水资源指标，一个国家的水足迹被定义为用于生产国民消费商品和服务的淡水资源总量。因此，水足迹被定义为某一区域在一定时间内用于生产的所有产品及服务所需要的水资源量。水足迹概念可用于评价某一地区水资源自承载能力以及依存度，便于全面地反映水资源安全状况。太湖流域面积仅占全国.，人口却占.（截至 年年底），而 却占到全国的.。研究表明，年，太湖流域人均水资源占有量不足 ，仅为全国平均值的，按联合国环 境 生 态 学第 期的划分属于水危机地区。太湖流域虽然水资源丰富，但是城市水资源依然短缺，并且随着经济社会发展，城镇人口大量集中，工业高度集聚，这种矛盾日益突出。关于太湖流域水资源评价多集中在 年前后，且多以各城市之间比较为主。但近 年来，流域社会、经济、人口等已发生巨大变化，且在气候变化背景下，流域降水量已发生较大变化。因此，需要对流域现有水资源变化趋势进行适时分析，以满足当前社会、经济发展的需求，以便为气候变化和人类活动双重影响下制定出符合太湖流域发展特点水资源管理及可持续发展政策提供重要参考。材料与方法.研究方法.流域水足迹的计算方法水足迹计算方法可分为自上而下法和自下而上法两种。自上而下法需要进出口贸易数据进行核算，主要基于消费平衡理论，计算结果能体现研究区对外部水资源的依赖程度，适合国家、省等大尺度行政单元的水足迹核算。因此，本研究采用自上而下法。自上而下法是从产品生产角度计算区域水足迹，等于区域内部水足迹加上虚拟水进口量，再减去虚拟水出口量。计算公式为：（）式中，为流域内工业生产需水量，；为流域内农作物生产需水量，；为流域内动物产品生产需水量，；为流域内居民生活用水量，；为流域生态环境用水量，；为本流域向周边国家或地区出口的虚拟水总量，；为流域从周边地区进口的虚拟水总量，；为流域向周边国家或地区进口再出口的虚拟水总量，。.流域水足迹账户计算（）工业生产需水量（）：主要包括工业生产过程中原料用水、产品处理用水、锅炉用水、冷却用水，又以废水的形式排入水体，因此，可通过工业产值来估算。（）农作物生产用水量（）：主要包括农作物生产过程中使用的水量，实际计算中，因每种农作物单位面积生产需水量资料难以获取，因此，农作物生产用水量就利用每种农作物产量乘以单位农作物产品虚拟水含量。公式如下：（）式中，为第 种作物的产量，；为第 种作物的虚拟含水量，。（）动物产品生产需水量（）：包括动物产品饲养过程中虚拟水含量以及屠宰加工过程用水量，饲养过程中虚拟水含量包括饮用、消耗饲料中的水量以及清洁用水等。公式如下：（）式中，为某种动物产品产量，；为某动物产品虚拟含水量，。单位质量农作物产品及动物产品虚拟水含量采用文献对太湖流域农作物及动物产品的研究结果，以及文献等对中国部分农产品的研究结果。（）居民生活用水量（）：主要包括流域内居民生活用水、公共事业用水。（）生态环境用水量（）：主要包括改善流域内生态环境质量而人为补充的水量。（）虚拟水的贸易量（，）：虚拟水贸易总量可分为国际贸易及国内贸易，国际贸易包括进口和出口虚拟水量，因统计困难，各种贸易商品虚拟水含量难以计算，故国际贸易虚拟水量一般采用万元产值用水量和工业用水定额进行估算。在影响我国虚拟水贸易量的因素中，进出口规模是影响我国进出口虚拟水贸易量的最主要影响。因此，利用进出口贸易值能较为准确地反映虚拟水贸易量。进口贸易值 生产总值 总生产耗水量（）出口贸易值 生产总值 总生产耗水量（）由于缺乏统计数据，为不失一般性，论文计算过程中不考虑进口再出口虚拟水量。该种方法是间接估算，不区分工业产品和农业产品。.水资源利用可持续评价指标（）人均水足迹（）：人均水足迹为流域水足迹与常住人口的比值。公式如下：（）式中，为人均水足迹；流域总水足迹；为常住人口。（）水资源匮乏度（）：是指流域水足迹与流域可利用水资源总量的比值。公式如下：（）式中，为水资源匮乏度；为流域可利用 年王锦旗等：基于水足迹理论的太湖流域水资源评价研究水资源。越小，表示流域面临的水资源压力越小，若 大于，则表示流域需要比可利用水资源更多的水供居民使用。（）水资源压力（）：是指流域内部水足迹与流域出口虚拟水之和与流域可利用水资源总量比值。公式如下：（）（）式中，为内部水资源；为区域出口的虚拟水；为流域可利用水资源总量。当，说明该流域水资源尚未达到最大承载力，还可以继续开发利用；当，说明流域水资源系统呈超载状态，越大水资源系统超载越严重，。（）水资源依赖度（）：等于流域外部水足迹（）与流域总水足迹（）比值，越大，说明流域对非本流域水资源的依赖程度越高，越低，则自给率越高。计算公式为：（）（）水资源自给率（）：为流域内部水足迹与流域总水足迹的比值，其值越小，表明流域内部水资源供给率不足，必须从流域外调水或者通过虚拟水贸易的形式引进大量水资源；其值越大，表明流域内部水资源自给率越高。与 含义正好相反。计算公式为：（）（）水足迹强度（）：反映流域水资源利用效率，等于流域水足迹与地区生产总值比值，万元。其值越小，说明单位生产总值消耗的水足迹的量越小，水资源的利用效率越高。计算公式为：（）.数据来源太湖流域人口、工业用水量、居民生活用水量、生态环境用水量、水资源总量、可利用水资源量等数据来自 逐年太湖流域及东南诸河水资源公报；小麦、稻谷、玉米等农产品产量，牛肉、猪肉、牛奶等动物产品产量、进出口贸易产值等数据均来自 逐年苏州、无锡、常州、湖州、嘉兴、杭州及上海市（扣除崇明区）的统计年鉴。结果与分析.各水足迹账户计算结果.农作物生产用水量（）由表 可知，近 年来农作物生产用水量总体保持平稳，略有下降，其中 年最高，为.，年最低，仅为.，较 年低.。各种农产品用水量中，稻谷最高，占比.，其次为蔬菜，占比.，油料作物和水果分别占.、.，小麦为.，其余作物需水量相对较少。从时间上来看，稻谷用水量占比总体呈下降趋势，年以前占比超过，年以后约，年最高，达.，年最低，仅.。蔬菜占比逐渐增加，年仅为.，年高达.。表 太湖流域农作物产品生产需水量（）及在农作物生产用水量中的占比（）年份小麦.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）稻谷.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）玉米.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）（.）.（.）豆类.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）油料.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（）.（.）.（.）.（.）茶叶.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）水果.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）蔬菜.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）其他.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）合计.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）注：表中数据为农作物产品生产需水量（占比），同表；其他包括一些产量较低的农作物，主要有大麦、薯类、棉花、麻类、糖料。.动物产品生产需水量（）由表 可知，近 年动物生产用水量总体呈下降趋势，年以前均高于，年后降至 以下，年较 年低.。环 境 生 态 学第 期从各种动物生产用水量占比看，水产占比最大，年平均占比为.，其次为牛肉，达.。从年份上看，年以前，牛肉生产用水量所占比重最大，达 以上，水产多低于，仅 年达.，年后，牛肉生产用水量降至 以下，而水产增至 以上，年更高达.。主要是因为牛肉产量大幅下降，以无锡为例，年末存栏牛数量为.万头，年末仅为.万头，下降了.，且因生长周期长，牛肉的单位产品虚拟水含量是动物产品生产中最高，故随饲养量下降，生产用水量变化较大，而水产品产量基本平稳，无大幅涨落。表 太湖流域动物产品生产用水量（）及在动物产品生产需水量中的占比（）年份牛肉.（.）.（.）.（.）.（）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）猪肉.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）羊肉.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）禽肉.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）奶类.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）禽蛋.（.）.（.）.（.）.（.）（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）水产.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）.（.）合计.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.工业生产需水量（）表 为流域近 年工业生产用水量。由表可知，流域近 年工业生产需水量变化幅度不大，约为，年用水量较大，均高于 ，年后用水量下降，均低于。表 太湖流域近 年工业生产需水量、居民生活用水量、生态环境用水量 ，（）年份.居民生活用水量（）由表 可见，近 年居民生活用水量呈逐年增长趋势，年较 年增加.。年流域总人口为 万人，到 年增至 万人，人口增加了.，居民生活用水量增幅（.）略低于人口增幅（.），但两者相关系数达.（.，.），达到极显著正相关，因此，居民生活用水量增长最主要可能来自人口的增长。.生态环境用水量（）由表 可见，流域近 年生态用水量在 年前多在.以上，年降至（.）。生态用水量规模与工农业用水量相比，所占比重较低，不及居民生活用水。将流域人口、人均、生活用水量、生产用水量分别与生态用水量进行相关分析，其相关系数分别为.、.、.、.、.，其中流域、人均 与生态用水量之间相关关系分别达到显著负相关关系（.，.），工业生产用水量与生态用水量之间达到极显著正相关关系（.，.）。由此可见，流域经济发展挤占了生态用水量，但最可能主要来自非工业部门经济增长所产生的用水。.虚拟水的贸易量根据 太 湖 流 域 进 出 口 贸 易 值，计 算 得 出、（表）。流域进出口贸易虚拟水量在 年前较高，受全球经济危机的影响以及我国主要贸易国经济不振的多重影响下，流域进出口额均有所下降，因此，年后进出口虚拟水量也随之降低，年均降至最低点。年王锦旗等：基于水足迹理论的太湖流域水资源评价研究表 太湖流域进出口贸易虚拟水总量 （）年份.水足迹分析由表 可知，流域近 年的平均水足迹为.，其中.来自流域内部供给，.来自外部进口贸易。其中，年最高，均超过，年