廣東省水資源生態足跡的定量評價及其影響因素

陶倩君，郭程軒

(華南師范大學地理科學學院，廣東 廣州 510631)

隨著全球人口的急劇增長和工業的迅速發展，人類對水資源的需求急速增加，而水污染問題也日益嚴重，消耗著寶貴的淡水資源。廣東省位于熱帶、亞熱帶季風區，境內河網稠密，水資源較豐富。然而季風氣候也造就了當地水資源的時空分布不均，使旱澇、臺風等氣象災害頻發。城市化快速推進更使廣東省水資源需求量和廢水排放量不斷增加，進一步加劇了水資源時空分布不均的狀況，使其面臨日益嚴峻的水資源問題[1]。

2002年Hoekstra等[2]在加拿大生態經濟學家William Rees的研究基礎上提出了水資源生態足跡的概念，即用生產性土地面積來度量一個地區人口或經濟規模的水資源消費污水吸收水平的賬戶工具，其改良了生態足跡模型中水資源賬戶的計算方法，為判斷水資源的生態生產面積是否處于該區域生態承載能力范圍內提供了定量依據。近年來，針對水資源生態足跡的研究也引起了我國學者的關注，黃林楠等[3]在生態足跡模型的基礎上提出了水資源模塊，制定了均衡因子和產量因子的計算模型；譚秀娟等[4]運用ARIMA模型對我國水資源生態足跡變化趨勢進行深入研究；張義等[5]修改了水資源生態足跡的已有模型，首次把污水生態足跡添加到水資源生態足跡的計算中。

國內在這個領域的研究主要集中在全國大尺度范圍或水資源較緊缺的省份[6-8]，對我國南方地區，尤其是總體水資源較豐富的東南部地區的研究較少。同時，由于數據的局限，國內的研究大多忽視了水污染足跡的影響。本研究在計算2000—2014年廣東省水資源生態足跡的過程中較充分地考慮了水污染的影響，并通過相關性分析，找出影響廣東省水資源可持續利用的主要因素，以期為廣東省水資源的可持續利用提供參考。

1 研究方法

1.1 數據來源與技術路線

數據主要來源于2000—2014年《廣東省水資源公報》《廣東省環境狀況公報》以及2001—2015年《廣東省統計年鑒》等相關統計數據。

本文通過數據可視化對水資源生態足跡、水資源生態盈虧和萬元GDP水資源生態足跡進行歷年動態變化分析，并借助地理信息系統軟件ArcGIS對廣東省21個地級市的計算結果進行空間分析；結合廣東省經濟、人口、各賬戶用水量等因素，對影響水資源生態足跡的因素進行相關分析，得出影響廣東省水資源可持續利用的主要因素，據此提出廣東省水資源實現可持續利用的建議。技術路線見圖1。

圖1 技術路線

1.2 相關參數

區域水資源產量因子為該區域水資源平均生產能力(平均產水模數)除以世界水資源生產能力 (3 140 m3/hm2)[3]。根據近15年廣東各個地級市平均產水模數求得廣東各個地級市的產量因子(表1)。參考黃林楠等[3]的研究選取漁業的均衡因子為0.35，水資源的均衡因子為5.19。

表1 廣東各地級市產量因子

1.3 水資源生態足跡模型

根據水資源消費的不同，把水資源生態足跡分為以下賬戶：漁業生態足跡、淡水生態足跡和水污染生態足跡，其中，淡水生態足跡包括生活用水、生產用水和其他用水。本研究針對水污染足跡選取具數據較齊全且科學性較高的氨氮和有機物作為特征指標，并以其中的最大污染足跡作為最終的水污染生態足跡[5]。水資源生態足跡計算公式為

EFW=EFfiw+EFfrw+EFWP

(1)

(2)

(3)

EFWP=max(EFNP,EFCODP)

(4)

其中：

式中：EFW、EFfiw、EFfrw、EFWP、EFNP和EFCODP分別為水資源生態足跡、漁業生態足跡、淡水生態足跡、水污染生態足跡、氨氮污染足跡和有機物污染足跡，hm2；Afiw、Afrw、CN和CCOD分別為水產品總消費量、淡水總消費量、氨氮污染物量和有機物污染物量，t；aw為均衡因子；Pfiw為全球水產品平均生產能力，t/hm2；Pw為全球水資源平均生產能力，m3/hm2；PN為全球消納氨氮污染的平均能力，hm2/人；PCOD為全球消納有機物污染的平均能力，hm2/人。根據《中國主要農產品全球平均產量的更新計算》，取Pfiw為1.5 t/hm2，參考文獻[5]取PN為0.003 145 hm2/人，PCOD為0.062 893 hm2/人。

1.4 水資源生態盈余或赤字

將一個地區的水資源消耗產生的生態足跡和所擁有的水資源生態承載力相比較，就會產生水資源生態赤字和水資源生態盈余。同時，一個國家和地區的水資源承載力中至少扣除60%用于維持生態環境[3]，可得水資源生態盈余的公式為

Erd=EFW-ECW

(5)

其中：

式中：Erd和ECW分別為水資源生態盈余和水資源生態承載力，hm2；γ為水資源均衡因子；ψ為水資源產量因子；Q為水資源總量，m3。當Erd大于0時，為水資源生態赤字；當Erd等于0時，為水資源生態平衡；當Erd小于0時，為水資源生態盈余。

1.5 萬元GDP水資源生態足跡

萬元GDP水資源生態足跡是指研究區域內水資源生態足跡與GDP的比值，是用來衡量水資源的利用效率的指標，數值越大說明水資源的利用率越低，數值越小，則說明水資源利用率越高。計算公式為

(6)

式中：EFGDP為萬元GDP水資源生態足跡，hm2/萬元；WGDP為研究區域GDP值，萬元。

2 結果與分析

2.1 廣東省歷年水資源生態足跡的變化

圖2為2000—2014年廣東省人均水資源生態足跡變化情況，從圖2可知，近15年間廣東水資源生態足跡的總量呈現上升趨勢，在2010—2011年水資源生態足跡的增長尤為明顯。從水資源生態足跡組成比例中可見，漁業生態足跡和淡水生態足跡對總量的貢獻率較小，其中，工業用水量和生活用水量在2011—2014年均持續下降(表2)，可見2011以來廣東省在生產和生活上的水資源利用率在不斷提高，節水意識也在不斷增強。而水污染生態足跡對總量的貢獻率較大，水污染生態足跡的變化趨勢和水資源生態足跡非常相似。在2010—2011年，水污染生態足跡出現爆炸式增長，增長量為36.91 hm2/人，增長率達到97.9%。而在2011年后的3年中，水污染足跡則出現了輕微的下降趨勢，這與廣東省相關環境保護部門意識到緩解大量污染物排放量的需要提高廢水的處理率有關，但根據2014年的數據顯示，即便如此，水污染足跡仍居較高水平。

圖2 2000—2014年廣東省人均水資源生態足跡變化

表2 2000—2014年廣東省人均淡水資源生態足跡組成 hm2

圖3 2000—2014年廣東省萬元GDP水資源生態足跡變化

在水資源的利用效率上，2000—2014年廣東省萬元GDP水資源生態足跡呈現明顯的下降趨勢(圖3)，這說明15年間廣東省經濟的發展并非以大規模消耗水資源和犧牲環境為代價的粗放型經濟增長模式，相反，廣東省水資源利用率、廢水處理率都逐漸提高。可見，廣東省產業結構的調整促進了經濟發展之余，也帶來了相應的環境效益。但面對日益增加的水資源生態足跡，節水意識和廢水排放量的有效控制仍需不斷增強。

2.2 廣東省各市水資源生態足跡的空間差異

從水資源生態足跡的空間分布來看，近年來珠江三角洲的水資源生態足跡最大，其次是粵北和粵西地區，水資源生態足跡最小的是粵東地區。圖4為廣東省人均水資源生態足跡的空間分布。從圖4可見，水資源生態足跡從珠三角地區分別向北、東、西3個方向逐級遞減，呈現出以珠江三角洲為核心的中間高，四周低的半環狀分布。可見，珠江三角洲地區在經濟發展和城市化加速發展的過程中，工業用水、城鎮用水、城鎮公共用水和廢水的排放量較大。除珠三角地區外，韶關的水資源生態足跡也較高，這是因為韶關作為廣東的重工業城市，工業用水量和工業廢水的排放量都較大。而粵西、粵東地區雖然農業用水量較高，但由于其在水資源生態足跡中所占的比例較小，因此人均水資源生態足跡僅處于全省的中低等水平。

圖4 廣東省人均水資源生態足跡空間分布

圖5 廣東省人均水資源生態承載力空間分布

圖5為廣東省人均水資源生態承載力的空間分布，粵北地區最大，其次是粵東地區，而粵西地區較小，珠三角地區最小。這是因為粵北地區人口較其他地區少，而年降水量較豐富，山區的植被覆蓋量高，且中小型水庫較多，涵水、蓄水條件都較好。粵東、粵東北地區擁有東江、梅江、韓江等河流，且擁有新豐江水庫和楓樹壩水庫，水資源總量較大，但由于粵東地區人口數量的限制，人均水資源生態承載力僅處于中等水平。粵西地區雖然年降水量較大，且地下水資源豐富，但其流域面積小，河流短淺，水源攔蓄條件較差，因此水資源生態承載力只處在中等偏下水平。珠三角地區的城市化建設導致下墊面滲水性能普遍降低，下墊面涵養水資源的能力明顯低于其他植被覆蓋率較高的中小城市，同時，珠三角地區的人口較其他地區多，造成人均水資源生態承載力最低。

在水資源生態盈虧方面，盡管近15年來廣東水資源每年均處于生態盈余狀態，但廣東省各市水資源可持續利用狀況并不樂觀。水資源分布和需求不匹配，水資源利用狀況存在很大空間差異(圖6)，呈現水資源生態赤字的城市包括：東莞市、佛山市、廣州市、深圳市、中山市、汕頭市，均屬于珠三角地區，最大的生態赤字達到-3.1hm2/人，而粵北地區則出現顯著的水資源生態盈余，最大值達22.1hm2/人。

圖6 廣東省人均水資源生態盈余/赤字空間分布

表3為廣東省部分地級市近年水資源生態盈余/赤字隨時間變化情況。從表3可知，廣州、深圳、佛山、東莞在近15年來水資源均處于生態赤字狀態，中山市和珠海市則分別從2003年和2011年開始，由水資源生態盈余轉變為生態赤字，且赤字狀況在2011年大幅度加深。中山市僅在2008—2011年，生態赤字則增加了接近6倍。可見，由于珠三角地區經濟較發達，人口數量大，工農業用水和廢水的排放量都較大，但其水資源生態承載力卻不高，常常出現用水緊張。而可喜的是，2014年以來，珠三角多市的生態赤字有所減小，這說明近兩年人們逐漸意識到經濟飛速發展對環境的負面影響，也加大了對水資源可持續發展的關注度。

表3 廣東省部分地級市近年水資源生態盈余或赤字變化情況 hm2/人

圖7為廣東省萬元GDP水資源生態足跡空間分布。由圖7可見，珠三角對水資源的利用效率較高，而粵北、粵東北地區對水資源的利用效率較低。但恰恰粵北、粵東北地區的水資源生態承載力則較珠三角地區大得多。因此，兩個地區應該進一步發揮各自的優勢，實現區域之間資源和技術的互補。在合理開發的情況下，實現自北向南的水資源的空間調配，緩解珠三角地區的用水緊張，同時，借助珠三角的技術和資金的支持，完善粵北、粵東北地區的水利工程建設，提高水資源利用效率，從而更好地實現區域間水資源的可持續發展。

圖7 廣東省萬元GDP水資源生態足跡空間分布

2.3 廣東省水資源生態足跡的影響因素

根據廣東省水資源利用現狀，參照水資源評價指標體系選取的相關原則及標準，依據《廣東省水資源公報》《廣東省統計年鑒》[6-7]等相關資料，選取了14個指標，并與因變量廣東省人均水資源生態足跡做相關分析，結果按照相關系數從大到小排列見表4。

由表4可以看出，在14個指標中，城鎮生活污水、人均GDP、工業廢水3個指標與人均水資源生態足跡的相關系數最高，是影響廣東省人均水資源生態足跡的最主要因素。可見，隨著廣東省經濟和城市化的快速發展，水污染問題已經成為影響廣東省水資源可持續利用的關鍵因素。據統計，目前廣州市郊依然存在很多小型造紙、印染、服裝染料、制革、農藥等嚴重污染水環境的企業，其清潔化生產的意識較低，對水污染的貢獻度較高。萬元GDP用水量、萬元農業增加值用水量、萬元工業增加值用水量、農業用水量與人均水資源生態足跡的相關系數為負值，且數值接近-1，這說明這4個指標與人均水資源生態足跡呈顯著負相關。這4個指標的逐漸減少表明了廣東經濟的轉型升級，一些高耗水、低產值企業在結構調整中遭淘汰，加上新技術的進步和節能技術的應用，致使各種工農業、企業的用水效率不斷提高。然而，多年來水資源生態足跡的上升趨勢說明，用水效率的提高依然跟不上需水量和污水排放量暴增的步伐。

表4 廣東省各指標與人均水資源生態足跡的相關系數

注：**表示達到0.01顯著性水平；*表示達到0.05顯著性水平。

3 結 論

a. 2000—2014年隨著經濟和城市化的快速發展，廣東省水資源生態足跡呈上升趨勢；15年來全省水資源都為生態盈余，但由于水資源的開發量和排污量的增加，水資源的盈余值也在近年波動下降。

b. 在空間上，水資源生態足跡從珠三角地區分別向北、東、西3個方向逐級遞減，呈現出以珠江三角洲為核心的中間高，四周低的半環狀分布。此外，從珠三角和粵北、粵東北地區的水資源承載力與水資源的利用效率不匹配的情況看來，珠三角和粵北、粵東地區應該進一步發揮各自的優勢，實現區域之間資源和技術的互補。在水資源生態盈余/赤字方面，粵北地區生態盈余值最大，而珠三角地區已有東莞、佛山、廣州、深圳、中山、汕頭、珠海7市多年出現水資源生態赤字，水資源利用呈現不可持續發展狀態。

c. 在結構上，水污染足跡占水資源生態足跡的比例最大，且增長速度最快。同時，相關性分析結果也顯示，城鎮生活污水、人均GDP、工業廢水是影響廣東省水資源生態足跡的最主要因素。

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