基于水足跡理論的蘇北地區(qū)水資源評價

翁 清，馬 駿，袁 軍

(河海大學(xué)商學(xué)院，南京 211100)

水資源是一切生物賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是支撐一個地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要條件和戰(zhàn)略性資源[1]。社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，水資源合理開發(fā)及利用越來越成為實現(xiàn)社會可持續(xù)性發(fā)展的重要前提。積極探索社會經(jīng)濟發(fā)展與水資源開發(fā)利用之間的科學(xué)規(guī)律，對于區(qū)域社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論指導(dǎo)作用。

1992年加拿大生態(tài)經(jīng)濟學(xué)家William與Wackernagel[2]提出“生態(tài)足跡”指標(biāo)來反映人類的生存和發(fā)展對自然生態(tài)的脅迫狀況。1993年倫敦大學(xué)教授Tony Allan[3]首創(chuàng)“虛擬水”這一概念，并提出釋義：農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中耗用的水資源量。2002年荷蘭特溫特大學(xué)教授Arjen-Y Hoekstra[4]結(jié)合前人“虛擬水”以及“生態(tài)足跡”的研究綜述，第一次全面科學(xué)的定義了“水足跡”的概念：指一個國家、一個地區(qū)或一個人，在一定時間內(nèi)消費的所有產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源總量。2011年埃塞俄比亞學(xué)者Mesfin M Mekonnen與荷蘭學(xué)者Arjen Y Hoekstra[5]發(fā)布全球水足跡公報，該公報計算了各個國家和地區(qū)的水足跡以及生產(chǎn)生活的水資源消耗及污染情況。

2002年水足跡概念問世之后，我國水資源領(lǐng)域的專家學(xué)者也不斷探索并深入研究該理論在我國水資源管理評價以及戰(zhàn)略制定方面的應(yīng)用。2003年程國棟院士[6]在國內(nèi)最先引入了虛擬水的概念，結(jié)合2000年西北地區(qū)各省市的虛擬水的計算結(jié)果，提出西部虛擬水戰(zhàn)略計劃。劉寶勤[7]等(2005年)綜述了學(xué)術(shù)界虛擬水的研究現(xiàn)狀，科學(xué)系統(tǒng)地總結(jié)了虛擬水的定義及定量計算方法，具體闡述了虛擬水理論以及方法研究進展。譚秀娟等[8](2009年)結(jié)合全國1949-2007年的水資源數(shù)據(jù)，計算分析結(jié)果表明我國1949-2007年水足跡年均增長率為4.61%，較低的水足跡年增速顯示我國水資源正面臨著巨大的危機。傅春等[9](2011年)利用1989-2008年鄱陽湖流域水足跡計算結(jié)果，構(gòu)建水足跡與流域水資源承載力對比模型，研究表明鄱陽湖流域水足跡的盈余空間在逐年下降。

1 研究區(qū)域概況

江蘇北部地區(qū)包括徐州、連云港、淮安、鹽城、宿遷等5個省轄市，簡稱“蘇北”。2013年，蘇北五市土地面積5.23萬km2，常住人口2 856萬人。同年，五市GDP分別達到3 475.5、4 435.8、1 785.4、2 155.9、1 706.3億元，分別增長12.3%、11.8%、11.8%、12.0%、12.5%，均高于全省9.6%的平均增速。

蘇北位于黃海入海區(qū)域，氣候上屬于典型的溫帶季風(fēng)氣候。蘇北受到以上海為核心的長江三角洲平原的經(jīng)濟輻射，是中國沿海經(jīng)濟發(fā)展的重要區(qū)域。憑借地處江淮平原的地理優(yōu)勢，區(qū)域內(nèi)河湖縱橫，生態(tài)環(huán)境良好，成為我國沿海區(qū)域開發(fā)戰(zhàn)略中重要的農(nóng)業(yè)和制造業(yè)基地。區(qū)域年平均降雨量低于蘇南和蘇中地區(qū)，且本地降雨和上游來水豐枯變化都很大。《2013年江蘇省水資源公報》顯示，蘇北地區(qū)用水量187.6億m3，占全省總用水量的37.5%。從節(jié)水指標(biāo)上看，蘇北地區(qū)萬元生產(chǎn)總值用水量138 m3，蘇南、蘇中分別為54、102 m3；蘇北地區(qū)萬元工業(yè)增加值用水量為21.4 m3，蘇南、蘇中分別為17.4、18.1 m3。蘇北區(qū)萬元生產(chǎn)總值用水量和萬元工業(yè)增加值用水量明顯高于蘇南、蘇中，因此蘇北地區(qū)用水效率遠不如蘇南、蘇中地區(qū)。

2 研究方法與數(shù)據(jù)

2.1 水足跡計算方法

水足跡是從社會消費角度出發(fā)，兼顧了社會水資源消費的物質(zhì)以及社會價值，衡量某個國家或者特定區(qū)域的實際水資源消耗量。基于虛擬水和生態(tài)足跡的理論基礎(chǔ)，水足跡科學(xué)考察了水資源開發(fā)利用與社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系。虛擬水是隱藏在消費產(chǎn)品中無法識別的水資源形式。水足跡是維持人類產(chǎn)品和服務(wù)消費所需要的真實水資源數(shù)量[10]。人類生產(chǎn)生活中的直接用水量并不是社會水資源消耗的主要部分，大部分的水資源消耗是在市場經(jīng)濟作用下以虛擬水的形式存在于消費產(chǎn)品中，經(jīng)濟全球化帶動區(qū)域貿(mào)易是虛擬水流通的重要前提。一個國家或地區(qū)的實際水資源使用量不僅包括區(qū)域內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)或者服務(wù)所需的本地水資源總量，還包括區(qū)域進口產(chǎn)品和服務(wù)的虛擬水總量。水足跡指標(biāo)相關(guān)計算方法如下，各指標(biāo)釋義見圖1。

區(qū)域水足跡總量：

WFP=IWFP+EWFP

(1)

內(nèi)部水足跡總量：

IWFP=AWU+IWW+DWW+EWW-VWEdom

(2)

外部水足跡總量：

EWFP=VWI-VWEre-export

(3)

AWU=農(nóng)業(yè)產(chǎn)品單位虛擬水含量×區(qū)域總產(chǎn)量

(4)

進出口虛擬水足跡(VWEdom、VWI)=

本地進出口貿(mào)易總值/區(qū)域總產(chǎn)值×生產(chǎn)需水總量

(5)

圖1 水足跡內(nèi)涵結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Water footprint connotation structure Chart

本文中涉及的各農(nóng)產(chǎn)品以及動物產(chǎn)品單位虛擬水含量均參考Chapagain和Hoekstra(2004年)全球水資源研究公報中的中國部分農(nóng)林牧漁產(chǎn)品單位水足跡數(shù)據(jù)。文中各種農(nóng)作物和動物產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)均來源于2012-2014年徐州、鹽城、淮安、連云港和宿遷的統(tǒng)計年鑒資料。

工業(yè)生產(chǎn)需水量(IWW)、本地居民生活用水量(DWW)以及本地生態(tài)環(huán)境用水量(EWW)3種水資源消耗量都是以實體水的形式，所以本文對這部分水資源量的計算直接選取2012-2014年徐州、鹽城、淮安、連云港和宿遷的統(tǒng)計年鑒資料中的工業(yè)用水、居民用水以及生態(tài)環(huán)境用水的實際數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)。

2.2 區(qū)域水資源評價指標(biāo)

本文參考2011年戚瑞[1]等基于水足跡理論構(gòu)建的一套區(qū)域水資源評價指標(biāo)體系，并根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況稍作調(diào)整。水資源區(qū)域水資源評價體系包括水足跡結(jié)構(gòu)、效益指標(biāo)、水資源安全和可持續(xù)性指標(biāo)。水足跡結(jié)構(gòu)指標(biāo)反映水資源組成情況，表明區(qū)域水資源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)[12]，見圖2。區(qū)域水資源評價體系包括水足跡結(jié)構(gòu)、效益指標(biāo)和水資源安全指標(biāo)。效益指標(biāo)又分為內(nèi)部效益與外部效益兩大組成部分，前者主要衡量區(qū)域水資源的社會價值以及科學(xué)評價區(qū)域水資源對社會經(jīng)濟的貢獻率，后者外部效益指標(biāo)主要反映進出口貿(mào)易中虛擬水的地位和作用。同時，水資源安全指標(biāo)是評價區(qū)域水足跡狀況的重要組成部分，旨在反映區(qū)域水資源的利用情況以及緊缺程度。

圖2 區(qū)域水資源評價指標(biāo)體系Fig.2 Regional water resources evaluation index system

3 水足跡計算

3.1 農(nóng)作物虛擬水計算

2011-2013年蘇北地區(qū)農(nóng)作物虛擬水計算結(jié)果見表1。由表1可知，近3 a來，蘇北地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量呈穩(wěn)步增長趨勢，其生產(chǎn)需水量年均增速3.42%。其中糧食的生產(chǎn)需水量最高，這與蘇北地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r基本一致，蘇北地區(qū)是江蘇省重要的糧食生產(chǎn)基地，區(qū)域年均糧食產(chǎn)量占江蘇省糧食總產(chǎn)量的70%左右，不僅滿足省內(nèi)居民生活需求，更銷往省外地區(qū)，具有一定的銷售優(yōu)勢。其次，蔬菜、水果和油料每年的生產(chǎn)需水量也均在10億m3以上，蔬菜、水果和油料三類農(nóng)作物的單位虛擬水含量雖然相對不高，但蘇北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)達，蔬菜、水果以及油料的產(chǎn)量較大，故其生產(chǎn)需水量也相對較多。

表1 2011-2013年蘇北地區(qū)農(nóng)作物虛擬水Tab.1 2011-2013 Crop virtual water in Northern Jiangsu

3.2 動物產(chǎn)品虛擬水計算

2011-2013年蘇北地區(qū)動物產(chǎn)品虛擬水計算結(jié)果見表2。由表2可知，近3 a來，蘇北地區(qū)生產(chǎn)需水量年均增速6.82%。其中水產(chǎn)品的生產(chǎn)需水量最大，這是由于蘇北地區(qū)位于江淮沂沭泗流域下游的平原水網(wǎng)地區(qū)，水域面積1.6 萬km2，占全省地域面積的16%，居全國之首，區(qū)域水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達，水產(chǎn)品產(chǎn)量占據(jù)全省50%以上。其次，蘇北畜牧業(yè)中生豬、家禽等養(yǎng)殖數(shù)量較多，豬肉、禽肉以及禽蛋產(chǎn)品產(chǎn)量相對較大，其生產(chǎn)需水量相對較大。目前，蘇北地區(qū)規(guī)模化養(yǎng)殖發(fā)展快，各類動物產(chǎn)品產(chǎn)量穩(wěn)步增長，區(qū)域畜牧業(yè)已逐步由農(nóng)村副業(yè)發(fā)展成為相對獨立的區(qū)域產(chǎn)業(yè)，更是成為蘇北農(nóng)村經(jīng)濟的重要組成部分。

表2 2011-2013年蘇北地區(qū)動物產(chǎn)品虛擬水Tab.2 Virtual water of animal products in Northern Jiangsu

3.3 蘇北地區(qū)水足跡計算

由表3可得，2011-2013年蘇北地區(qū)水足跡為594.51、629.14、661.73億m3，年均增速5.5%。人均水足跡分別為2 068.58、2 187.56、2 380.42 m3/人，年均增速7.29%。內(nèi)部水足跡構(gòu)成中，農(nóng)產(chǎn)品水足跡所占比重最大，生態(tài)環(huán)境用水量最少。由此可見，農(nóng)業(yè)水足跡是水足跡體系中耗水量最大的組成部分。蘇北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水量所占比例極高，這與蘇北五市農(nóng)業(yè)相對發(fā)達有很大關(guān)系，蘇北地區(qū)地處江淮沂沭泗流域下游的平原水網(wǎng)地區(qū)，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，是江蘇省重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)以及畜牧業(yè)規(guī)模化發(fā)展地區(qū)。

表3中進出口貿(mào)易虛擬水計算結(jié)果顯示，近3 a來，本地進口虛擬水總量(VWEdom)遠低于本地出口虛擬水總量(VWI)。同時，蘇北地區(qū)進口再出口虛擬水量極小，對于整個蘇北地區(qū)水足跡計算結(jié)果的影響可忽略不計。表3計算結(jié)果表明蘇北地區(qū)虛擬水貿(mào)易中，出口貿(mào)易占明顯優(yōu)勢，蘇北地區(qū)總體屬于虛擬水外輸?shù)臓顟B(tài)。這也是由于蘇北地處平原水網(wǎng)地區(qū)，轄江臨海，扼淮控湖，區(qū)域農(nóng)林牧漁業(yè)發(fā)展速度較快，糧食、豬肉以及蔬菜等大量農(nóng)副產(chǎn)品對外輸出，造成出口虛擬水遠超本地進口虛擬水的現(xiàn)狀。

4 蘇北地區(qū)水資源利用評價

參照構(gòu)建的區(qū)域水足跡評價指標(biāo)體系，根據(jù)一定的計算方法，表4得到2011-2013年蘇北地區(qū)水足跡結(jié)構(gòu)、效益、安全及可持續(xù)性指標(biāo)計算結(jié)果。

(1)水足跡結(jié)構(gòu)指標(biāo)。蘇北地區(qū)水資源總量基本能滿足當(dāng)?shù)厣鐣顒拥男枨螅瑢^(qū)域外的水資源需求不明顯。由于蘇北地區(qū)社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，區(qū)域水資源自給率(WSS)呈下降趨勢，但仍高于我國平均水資源自給率為84.0%和世界平均水平為93.6%，處于一個較高的水平。這與蘇北地區(qū)地處平原水網(wǎng)地區(qū)，擁有眾多湖泊，區(qū)域內(nèi)水資源相對豐富密切相關(guān)。

表3 2011-2013年蘇北地區(qū)水足跡Tab.3 2011-2013 Water footprint in Northern Jiangsu area

表4 2011-2013年蘇北地區(qū)水足跡評價Tab.4 2011-2013 Water Footprint Evaluation in Northern Jiangsu area

注：當(dāng)WFPR>0;1

(2)水足跡效益指標(biāo)。效益指標(biāo)又分為內(nèi)部效益與外部效益，前者主要衡量區(qū)域水資源對社會經(jīng)濟發(fā)展的貢獻率。后者旨在評價虛擬水貿(mào)易情況。2011-2013年蘇北地區(qū)水足跡人口密度逐年降低，土地密度小幅增長，單位水足跡產(chǎn)生的經(jīng)濟效益較低。主要是由于蘇北地區(qū)擁有廣闊的土地面積，農(nóng)業(yè)用地占地面積相對較大，從而導(dǎo)致單位土地面積內(nèi)人口密度相對較小。單位水足跡經(jīng)濟效益較低，主要是因為蘇北地區(qū)雖然農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量大，但其商品化程度較低，有極大一部分僅是耕農(nóng)自給自足，導(dǎo)致其經(jīng)濟效益低下。蘇北區(qū)域的水資源貿(mào)易呈現(xiàn)向外輸出的格局，本地進口虛擬水與外部水足跡的差額，即水足跡凈貿(mào)易量分別為21.43、25.34、30.26億m3；2013年水資源貢獻率2.38%；水足跡價格兌換率均大于1，說明在虛擬水貿(mào)易方面，2013年蘇北地區(qū)出口水足跡具有明顯優(yōu)勢。

(3)水資源生態(tài)安全指標(biāo)。2011-2013蘇北地區(qū)的水資源匱乏指標(biāo)(WS)和水資源壓力指數(shù)(WP)均未超過100%，且相對穩(wěn)定。說明蘇北地區(qū)水資源區(qū)基本能滿足當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活需求，水資源結(jié)構(gòu)以及安全情況基本理想，但兩指標(biāo)數(shù)值也略高于50%，表明區(qū)域仍承受一定的水資源壓力。

(4)水資源可持續(xù)性能指標(biāo)。2011-2013年蘇北地區(qū)水足跡增長指數(shù)和可用水資源增長指數(shù)不斷下降。結(jié)果表明雖然蘇北地區(qū)節(jié)水試點工作具有一定成效，但仍面臨可持續(xù)性利用方面的壓力，需要提高水資源利用效率，全面建設(shè)節(jié)水型社會。水資源可持續(xù)利用指標(biāo)表明區(qū)域水資源為可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

5 結(jié) 語

水足跡是一個用于衡量與人類產(chǎn)品消費量和產(chǎn)品消費模式相聯(lián)系的水資源利用效率的新方法[13]。基于水足跡理論的水資源評價具有復(fù)雜性和多元性的特征。收集了2011-2013年蘇北地區(qū)的水資源相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建評價體系計算蘇北地區(qū)水足跡，并從水足跡結(jié)構(gòu)、效益、生態(tài)安全、可持續(xù)性4個方面詳細地分析了2011-2013年徐州、連云港、淮安、鹽城、宿遷五市水資源總量、結(jié)構(gòu)以及利用情況，科學(xué)評價蘇北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展與水資源的內(nèi)在規(guī)律，并得出以下結(jié)論。

(1)2011-2013年蘇北地區(qū)水足跡分別為594.51、629.14、661.73億m3。人均水足跡分別為2 068.58、2 187.56、2 380.422 m3/人。

(2)2011-2013年蘇北地區(qū)水資源自給率均保持在95%以上，區(qū)域內(nèi)部水資源基本滿足當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活需求。水足跡土地密度以及單位水足跡經(jīng)濟貢獻率雖逐年小幅增長，但數(shù)值較低，說明區(qū)域內(nèi)部水資源對社會經(jīng)濟的貢獻率相對較低，水資源利用效率亟待提高。區(qū)域水資源屬于虛擬水貿(mào)易輸出型。近三年水資源匱乏指數(shù)僅略高于50%，說明目前蘇北地區(qū)水資源緊缺度不高，基本能滿足區(qū)域水資源供給需求。

(3)以上基于水足跡理論計算結(jié)果所反映的真實耗水量顯著大于統(tǒng)計數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的水資源消耗量，原因在于水足跡理論在計算耗水量時全面考慮了生產(chǎn)過程所損耗的虛擬水。而傳統(tǒng)理論方法忽視了虛擬水，只考慮消耗的實體水，所以造成區(qū)域真實耗水量與統(tǒng)計耗水量的差距。

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