城市水生態(tài)足跡模型的研究

摘 要：生態(tài)足跡模型是一種來評價可持續(xù)發(fā)展與利用的較好的方法，但在生態(tài)足跡模型中僅僅以漁業(yè)來評價水資源的使用，忽略了其他的功能。在分析生態(tài)足跡模型的基礎，根據(jù)水生態(tài)在城市生態(tài)系統(tǒng)中的應用，在生態(tài)足跡理論框架下，建立了水生態(tài)足跡帳戶。按照不同的應用特點，對水生態(tài)足跡進行細化。

關鍵詞：水生態(tài)足跡；生態(tài)足跡；可持續(xù)發(fā)展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.199

生態(tài)足跡理論是一種用來評價可持續(xù)發(fā)展的量化方法，目前隨著對可持續(xù)發(fā)展研究的深入，生態(tài)足跡理論成為國內(nèi)研究的熱點。生態(tài)足跡模型由加拿大學者Wackernagle和Rees1997年提出的，目前已廣泛應用于對資源消費和承載力評估方面[1]。在Wackernagle建立的生態(tài)足跡模型中，六類賬戶均基于“生物生產(chǎn)“這個概念定義的，水域作為第六類帳戶生產(chǎn)功能僅僅以漁業(yè)生產(chǎn)來概括，這是不完善的。本文旨在生態(tài)足跡模型的基礎之上，對其生物生產(chǎn)性土地進行擴充，補充生態(tài)足跡理論關于水生態(tài)足跡的不足，進一步對生態(tài)足跡理論進行完善，以便更科學地評價社會環(huán)境與經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究方法

1.1 城市水生態(tài)足跡的內(nèi)涵

城市水生態(tài)足跡以人類生產(chǎn)生活用水和城市最小生態(tài)需水量為出發(fā)點，用以評價維持城市人類社會經(jīng)濟活動和城市內(nèi)生命支持系統(tǒng)基本生態(tài)服務功能的水量與本地可更新水資源供給能力之間的差距[2]，以便估算流域或區(qū)域水代謝強度。將城市所使用的水生態(tài)足跡同城市可更新水資源供給能力相比較就會產(chǎn)生生態(tài)赤字或生態(tài)盈余。生態(tài)赤字表明該地區(qū)的水資源量超過了其水生態(tài)容量，城市水資源利用處于一種不健康的模式。如果基于生態(tài)服務功能的水量出現(xiàn)了赤字，則表明水生態(tài)足跡必出現(xiàn)赤字[3]。生態(tài)盈余則表明城市的水資源利用處于相對健康的模式。國內(nèi)已有一些專家學者開始城市水生態(tài)足跡進行研究[4]。

1.2 生態(tài)足跡模型

生態(tài)足跡定義為：任何已知人口（某個個人、一個城市或一個國家）的生態(tài)足跡為生產(chǎn)這些人口所消費的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)面積[5]。生態(tài)足跡的一般計算模型為：

其中，i為消費商品或生產(chǎn)生物的類型；cci為第i種消費商品的生產(chǎn)足跡；aci為第i種消費商品的消費總量；pi為第i種商品的生物生產(chǎn)單位面積產(chǎn)量；wi為第i種消費品或生物資源土地類型生產(chǎn)力權值；EF為某一地區(qū)的生態(tài)足跡總量。

1.3 生態(tài)承載力與水生態(tài)承載力

生態(tài)承載力可以看成是承載力在生態(tài)學中的應用。其概念可以分成狹義和廣義兩種。廣義的是指保持原有結構和穩(wěn)定性前提下，生態(tài)系統(tǒng)對干擾的承受能力。包括自然和人類兩種干擾。而狹義的生態(tài)承載力主要指生態(tài)系統(tǒng)對人類活動干擾的承受能力。而水生態(tài)承載力是指水生態(tài)系統(tǒng)對人類的生產(chǎn)生活等活動的承受力。城市水生態(tài)系統(tǒng)承載力是將這一地區(qū)地表水、地下水及回用污水扣除重復計算量即是該地區(qū)的水資源總量。有些專家研究認為一個國家或地區(qū)的水資源開發(fā)利用超過30%-40%[6]，則可能引起生態(tài)環(huán)境的惡化。這種計算承載力的方法太過“消極”[7]。本文按世界環(huán)境與發(fā)展委員會的報告《我們共同的未來》建議，生態(tài)供給中扣除12%的生物生產(chǎn)土地面積用以保護生物多樣性。

水生態(tài)承載力計算公式如下：

其中，N為人口數(shù)，rj為水資源全球均衡因子，Wt為該地區(qū)水資源總量，pi為水域平均產(chǎn)水量， 為水資源用地產(chǎn)量因子。

2 水生態(tài)足跡計算模型賬戶建立及計算模型

水生態(tài)足跡通?？梢詣澐譃椋旱鷳B(tài)足跡（包括生活用水和生產(chǎn)用水） 、水產(chǎn)品生態(tài)足跡、水污染生態(tài)足跡[8]。根據(jù)生態(tài)足跡的描述，水生態(tài)足跡將和其他的各個帳戶一樣，將消耗的水資源量轉(zhuǎn)換成相應的可相互比較的水生態(tài)用地面積。根據(jù)生態(tài)足跡法建立水生態(tài)足跡賬戶，將水生態(tài)足跡賬戶劃分為水產(chǎn)品生態(tài)足跡、淡水生態(tài)足跡和水污染生態(tài)足跡三個部分。

2.1 水產(chǎn)品生態(tài)足跡

在生態(tài)足跡模型中，被定義的水資源用地面積的衡量僅僅以水產(chǎn)品-漁業(yè)這一單一的指標作為評價。被細化后的水生態(tài)足跡模型中，水產(chǎn)品作為其中的一個賬戶，計算公式如下：

式中： 為總的水產(chǎn)品生態(tài)足跡；為人均水產(chǎn)品生態(tài)足跡； N 為總?cè)丝冢?Ci 為水產(chǎn)品人均消費量；為區(qū)域平均水域面積生產(chǎn)能力； 指生態(tài)生產(chǎn)性土地類型中的水域；為均衡因子。

2.2 淡水生態(tài)足跡的計算公式

淡水生態(tài)足跡包括生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水三個方面。城市淡水生態(tài)足跡不僅包括居民的直接生活用水還包括用于經(jīng)濟生產(chǎn)活動所消耗的淡水資源。城市淡水水生態(tài)足跡的計算公式如下：

其中，為淡水生態(tài)足跡，為總?cè)丝跀?shù)，為均衡因子。為區(qū)域平均水域面積生產(chǎn)能力；

其中，為城市生態(tài)用水，為人類生活用水量，為城市生產(chǎn)用水。生活用水包括城鎮(zhèn)居民生活用水和農(nóng)村居民生活用水。生產(chǎn)用水包括第一產(chǎn)業(yè)用水含農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)用水、魚塘補水和農(nóng)村牲畜用水，第二產(chǎn)業(yè)用水含工業(yè)用水和建筑業(yè)用水、第三產(chǎn)業(yè)用水含商飲業(yè)用水和服務業(yè)用水，生態(tài)環(huán)境用水分河道內(nèi)外用水，河道外用水包括城市環(huán)境用水和濕地補水等，河道內(nèi)用水為改善江河湖泊水環(huán)境進行的調(diào)配水量等。

2.3 污染物稀釋凈化用水足跡

污染物凈化用水足跡指的是消納城市生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的超出城市水體承受能力的污染物而不斷對水資源的需求過程。為提高河湖稀釋凈化污染物的功能，使水質(zhì)達到用水的最高標準，需人工補充額外的清潔水。鑒于這部分資料統(tǒng)計數(shù)據(jù)的缺失，因此對水污染生態(tài)足跡進行準確的衡量具有很大的不確定性，本文不予討論。

3 主要參數(shù)估計

3.1 水資源均衡因子r

在生態(tài)足跡模型中，由于各類生物生產(chǎn)性土地單位面積生產(chǎn)力差異較大，為了使計算結果轉(zhuǎn)化為一個可以比較的標準，給各類生物生產(chǎn)面積乘以一個等價因子，以轉(zhuǎn)化為可以相互比較的生物生產(chǎn)性面積。

假定全球水資源產(chǎn)量因子為1，則區(qū)域水資源產(chǎn)量因子r為該區(qū)域水資源平均生產(chǎn)能力與全球水資源平均生產(chǎn)能力的比值，本文取黃林楠等根據(jù)WWF2002 計算的水資源均衡因子作為計算值。

水域1為漁業(yè) 水域2為水資源均衡因子。

3.2 平均生產(chǎn)能力

在水文學中，平均產(chǎn)水模數(shù)的概念為計算時段內(nèi)為地表水資源量與地下水資源量中扣除重復計算量除以計算區(qū)域的面積，公式如下：

式中，V 為計算時段內(nèi)區(qū)域的水資源總量（m3 ） ； S 為計算區(qū)域的面積（ hm2 ） ； p為計算時段內(nèi)的平均產(chǎn)水模數(shù)（m3·hm- 2 ） 。據(jù)世界資源研究資料，世界每年再生性水資源總量約42 ×104億m3 ，但專家們認為其中穩(wěn)定徑流量只有14 ×104億m3 ，而5×104億m3流經(jīng)沙漠無法利用，因此實際可以利用的河川徑流量為9 ×104億m3 ，其中還必須要有充足的水量留在江河湖泊中保持健康的生態(tài)系統(tǒng)，因此每年實際可供開發(fā)利用的水資源量僅僅只有3.24 ×104億m3。

3.3 水資源產(chǎn)量因子

在生態(tài)足跡模型中，通過用產(chǎn)量因子參數(shù)的計算方法，將不同類型生物生產(chǎn)性土地轉(zhuǎn)化成可以相互比較的土地面積。水資源產(chǎn)量因子是根據(jù)全球水資源平均生產(chǎn)能力確定的。

計算公式如下：

其中，為水資源產(chǎn)量因子，V為研究區(qū)域單位面積產(chǎn)水量，Vg為全球單位面積產(chǎn)水量。將全球水資源產(chǎn)量因子假設為1，按所研究區(qū)域的水資源產(chǎn)量確定該地區(qū)水資源產(chǎn)量因子。

4 結語

通過對水生態(tài)足跡模型研究，可以度量人口對水生態(tài)的利用情況。根據(jù)計算數(shù)據(jù)區(qū)域水生態(tài)足跡如果超出所能提供的水生態(tài)承載力，就出現(xiàn)生態(tài)赤字，如果小于區(qū)域的水生態(tài)承載力，則表現(xiàn)生態(tài)盈余。我們通過水生態(tài)足跡分析的指標可以衡量該區(qū)域的可持續(xù)性程度，從空間、時間二維的可持續(xù)性程度做出度量和比較，使人們能明確知曉現(xiàn)實距離可持續(xù)性目標尚有多遠，從而有助于確定和監(jiān)測可持續(xù)方案實施的效果。

參考文獻：

[1]董澤琴，孫鐵珩.生態(tài)足跡研究-遼寧省生態(tài)足跡計算分析[J].生態(tài)學，2004，24（12）：2735-2739.

[2]姜翠玲，范曉秋.城市生態(tài)環(huán)境需水量的計算方法[J].河海大學學報（自然科學版），2004，32（01）：14-17.

[3]劉鑫，雷宏軍等.基于生態(tài)需水量的城市水生態(tài)足跡的研究[J].人民黃河，2008，30（06）：41-43.

[4]周文華，張克鋒，王如松.城市水生態(tài)足跡研究———以北京市為例[J].環(huán)境科學學報，2006，26（09）：1524-1531.

[5]徐中民，陳東景，張志強.中國1999年生態(tài)足跡分析[J].土壤學報，2002，39（03）：441-4455.

[6]金書秦，王軍霞，宋國軍.生態(tài)足跡法研究述評[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2009（04）：26-28.

[7]吳志峰，胡永紅，李定強等.城市水生態(tài)足跡變化分析與模擬[J].資源科學，2006，28（05）：152-156.

[8]黃林楠，張偉新，姜翠玲等.水資源生態(tài)足跡計算方法[J].生態(tài)學報，2008，28（03）：1279-1285.

作者簡介：劉翠翠（1983-），女，遼寧錦州人，碩士研究生，初級實驗師，主要研究方向：實驗室管理及儀器分析教學方向。