基于時(shí)空變化下的遼寧省水資源生態(tài)足跡研究

邱 洋

（遼寧省撫順?biāo)木郑|寧 撫順 113015）

0 引言

水資源是人類(lèi)賴(lài)以生存發(fā)展的戰(zhàn)略性自然資源，對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)發(fā)揮著重要作用。調(diào)查顯示，遼寧省水資源整體呈波動(dòng)減小趨勢(shì)，人均水資源量偏低屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)[1]。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人口規(guī)模的增長(zhǎng)，遼寧省各行業(yè)用水需求量急劇增大，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源分布不協(xié)調(diào)使得水資源供需矛盾更加突出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅[2-4]。因此，為促進(jìn)水資源可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，必須全面掌握區(qū)域用水狀況，通過(guò)科學(xué)規(guī)劃管理切實(shí)提升水資源利用效率。針對(duì)遼寧省水資源可持續(xù)潛力和開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，我國(guó)許多學(xué)者利用多種方法開(kāi)展了深入探討，例如周悅等將水資源劃分成生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水賬戶(hù)，應(yīng)用水資源生態(tài)足跡和生態(tài)盈虧模型評(píng)判了區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀；羅娜等揭示了區(qū)域水資源生態(tài)足跡變化特征，并進(jìn)一步探討了2011-2015 年長(zhǎng)時(shí)間序列的生態(tài)足跡變化趨勢(shì)；劉學(xué)軍等利用空間自相關(guān)分析法和水資源生態(tài)壓力測(cè)度模型，嘗試探討了生態(tài)關(guān)聯(lián)模式[5-7]。1980 年初，指數(shù)因素分解法被首次提出并應(yīng)用于能源利用變動(dòng)機(jī)理分析及工業(yè)用電變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，以多個(gè)影響因素組合形成單個(gè)目標(biāo)變量，通過(guò)單因素計(jì)算分析反映整體狀況，對(duì)于涉及時(shí)間序列且變量不多的數(shù)據(jù)群具有較好的分解效果，現(xiàn)已在環(huán)境及能源等相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[8]。因此，本文以遼寧省為例初步探討了2016-2020 年水資源生態(tài)足跡變化特征，并進(jìn)一步分解分析引起變化的相關(guān)因素，旨在為區(qū)域水資源管理規(guī)劃和科學(xué)開(kāi)發(fā)提供一定借鑒。

1 區(qū)域概況

遼寧省地處E118°53′～125°46′、N38°43′～43°26′之間，南瀕黃海、渤海，總面積14.75 萬(wàn)km2。境內(nèi)呈“六山一水三分田”的地貌類(lèi)型，其中山地、平原、水面所占比例58%、33%、9%。氣候類(lèi)型屬溫帶半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均降水量600～1100mm，平均氣溫5～10℃，不同的自然地理?xiàng)l件致使各地氣候具有較大差異，季節(jié)性、區(qū)域性降水特征顯著，6-8 月主汛期降水集中且以強(qiáng)降雨或暴雨為主。河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)，地跨遼河、渾河、大凌河、太子河、繞陽(yáng)河、鴨綠江六大水系，徑流量大，水資源量豐富。然而，由于獨(dú)特的氣候環(huán)境和復(fù)雜的地貌形態(tài)，遼寧省水資源依然存在可利用總量少、開(kāi)發(fā)難度大、成本高、邊際效益低等特點(diǎn)，加之水資源時(shí)空分布不均、蒸散發(fā)強(qiáng)烈、用水效率低、生態(tài)保護(hù)滯后等因素，對(duì)東北地區(qū)水生態(tài)環(huán)境安全和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成潛在威脅。

2 研究方法

3 結(jié)果分析

圖1 2016-2020 年人均水資源生態(tài)足跡

研究區(qū)2016-2020 年人均水資源生態(tài)足跡為0.504hm2/人，水資源生態(tài)足跡高于遼寧省平均值的行政區(qū)有6 個(gè)，依次為：鐵嶺市0.537hm2/人、營(yíng)口市0.544hm2/人、沈陽(yáng)市0.583hm2/人、丹東市0.661hm2/人、遼陽(yáng)市0.914hm2/人、盤(pán)錦市1.593hm2/人；低于遼寧省平均值的行政區(qū)有8 個(gè)，依次為：撫順市0.500hm2/人、鞍山市0.461hm2/人、錦州市0.442hm2/人、大連市0.405hm2/人、本溪市0.399hm2/人、阜新市0.320hm2/人、葫蘆島市0.246hm2/人以及朝陽(yáng)市0.190hm2/人。研究表明，遼寧省內(nèi)人均水資源生態(tài)足跡年均最高、最低的是盤(pán)錦市和朝陽(yáng)市，兩者相差達(dá)到8.38 倍。究其原因，水資源生態(tài)足跡變化在很大程度上受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的影響，盤(pán)錦市地處遼寧省中部和遼河三角洲中心地帶，也是全省的重要樞紐，工業(yè)快速發(fā)展，相應(yīng)的用水量不斷增加，所以生態(tài)足跡相對(duì)較高；朝陽(yáng)市地處遼西山地丘陵區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較緩，缺少特色產(chǎn)業(yè)推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，故該地區(qū)的生態(tài)足跡也較小。

3.2 構(gòu)成變化特征

研究區(qū)2016 年、2020 年人均水資源生態(tài)足跡的構(gòu)成變化，如圖2 所示。結(jié)果顯示，2016 年農(nóng)業(yè)用水占比最高達(dá)到65.2%，其次是工業(yè)用水和生活用水占比的18.5%、14.0%，而生態(tài)環(huán)境用水占比最小為2.3%；2020 年農(nóng)業(yè)用水占比較2016 年有所上升達(dá)到66.1%，工業(yè)用水和生活用水占比分別減小到15.5%、13.4%，生態(tài)環(huán)境用水占比明顯提高到5.0%。結(jié)合構(gòu)成及變化趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡所占比例最高，并且整體較為穩(wěn)定，說(shuō)明研究區(qū)以農(nóng)業(yè)用水為主，多年來(lái)處于穩(wěn)定狀態(tài)；其次是工業(yè)用水生態(tài)足跡，其所占比例有所減少，這與研究區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)等相關(guān)政策密切相關(guān)；生態(tài)環(huán)境用水不斷增加，所占比例明顯增大，說(shuō)明研究區(qū)越來(lái)越重視環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)，未來(lái)生態(tài)用水還會(huì)進(jìn)一步增加。

圖2 人均水資源生態(tài)足跡的構(gòu)成

2016 年，人均工業(yè)用水占比最高的僅有本溪市，而其它地區(qū)的首要組成賬戶(hù)都是人均農(nóng)業(yè)用水占比最高；其中，丹東市、鐵嶺市和盤(pán)錦市農(nóng)業(yè)用水占比依次為80.2%、86.4%、90.7%，大連市、撫順市和本溪市的工業(yè)用水占比相對(duì)較高依次為30.1%、30.5%、55.2%，而生態(tài)用水和生活用水占比最高的是沈陽(yáng)市、葫蘆島市。2020 年，農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡占比下降的行政區(qū)共有11 個(gè)，降幅最高的是阜新市可達(dá)到10.6%，工業(yè)用水占比下降的行政區(qū)有12 個(gè)，降幅最高的是鞍山市的9.6%；相對(duì)而言，雖然生態(tài)環(huán)境和生活用水占比較小，但各地區(qū)稱(chēng)年際上升趨勢(shì)，說(shuō)明在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型上各市取得一定成效，突出了生態(tài)環(huán)境改善和水資源利用效率的提升。

3.3 生態(tài)承載力變化

研究區(qū)2016-2020 年水資源生態(tài)承載力變化，如圖3 所示。結(jié)果表明，2016-2020 年水資源生態(tài)承載力總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，年際波動(dòng)較大，最高與最低值相差0.870hm2/人。對(duì)各行政區(qū)而言，水資源生態(tài)承載力較高的有丹東市和本溪市，2016年最高達(dá)到7.347hm2/人、3.481hm2/人，而阜新市和朝陽(yáng)市相對(duì)較低。各地區(qū)水資源總量主要取決于年際降水量，即水資源生態(tài)承載力直接取決于年降水量的變化，從而使得各地區(qū)水資源生態(tài)承載力具有較大波動(dòng)。

圖3 水資源生態(tài)承載力變化

研究區(qū)2016-2020 年水資源生態(tài)承載力平均值達(dá)到0.436hm2/人，其中高于全省平均值的有遼陽(yáng)、鐵嶺、本溪、丹東、撫順和鞍山地區(qū)，水資源生態(tài)承載力最高、最低值為丹東市和朝陽(yáng)市，兩者相差2.633hm2/人。因此，各行政區(qū)水資源生態(tài)承載力具有明顯差異，在空間分布上遼寧省水文狀況也存在明顯差異；相對(duì)于其它以山地為主要地貌類(lèi)型的城市，沿海的丹東市降水充沛，水資源條件良好，其它地區(qū)在空間上也因人文條件和自然環(huán)境差異表現(xiàn)出較大分異，地貌類(lèi)型多山地丘陵的遼東地區(qū)，臨近黃海、渤海，水系發(fā)達(dá)，水資源總量和降水量較高，而位于內(nèi)陸的西部和中部地區(qū)明顯低于東部沿海地區(qū)的降水量，從丹東向中、西部水資源生態(tài)承載力表現(xiàn)出遞減趨勢(shì)。

3.4 水資源生態(tài)盈虧指數(shù)

為更加直觀地描述區(qū)域水資源生態(tài)盈虧現(xiàn)狀，本文以空間展布的形式探討了2016-2020 年各地級(jí)市的水資源生態(tài)盈虧指數(shù)。結(jié)果顯示，水資源生態(tài)盈虧指數(shù)大于“0”的有本溪、葫蘆島、鞍山、鐵嶺和丹東市，說(shuō)明這些地區(qū)的水資源處于生態(tài)盈余可承載狀態(tài)；丹東市的水資源較為充足，其生態(tài)盈余指數(shù)較高達(dá)到3.381hm2/人，說(shuō)明該區(qū)域具有較大的水資源開(kāi)發(fā)潛力，生態(tài)狀況良好；生態(tài)盈虧指數(shù)接近于“0”的有鐵嶺、朝陽(yáng)和大連市，說(shuō)明該區(qū)域整體處于相對(duì)平衡狀態(tài)；生態(tài)盈虧指數(shù)小于“0”的有盤(pán)錦、營(yíng)口、鞍山、遼陽(yáng)、撫順和沈陽(yáng)市，說(shuō)明這些地區(qū)處于生態(tài)赤字狀態(tài)，并以盤(pán)錦市最大，說(shuō)明該區(qū)域水資源達(dá)到不可承載狀態(tài)。

3.5 水資源生態(tài)足跡影響因素

為進(jìn)一步分析影響水資源生態(tài)足跡變化的各種因素，以2016 年為基準(zhǔn)年，利用公式(4)～(8)計(jì)算分析水生態(tài)足跡影響因素，如圖4 所示。

圖4 水生態(tài)足跡影響因素分析

結(jié)果表明，水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)主要受技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素的影響，研究期內(nèi)經(jīng)濟(jì)因素引起的足跡變量化均大于“0”，說(shuō)明該要素發(fā)揮著正向促進(jìn)作用；研究期內(nèi)技術(shù)因素引起的足跡變化量均小于“0”，說(shuō)明該要素發(fā)揮著負(fù)向抑制作用；相對(duì)而言，結(jié)構(gòu)和人口因素更接近于“0”，說(shuō)明這兩項(xiàng)要素的影響程度較低。

1）結(jié)構(gòu)因素。研究期內(nèi)結(jié)構(gòu)因素比較穩(wěn)定，對(duì)水資源生態(tài)足跡變化的累積貢獻(xiàn)度只有-4.21%，其負(fù)向抑制作用較弱。隨著遼寧省結(jié)構(gòu)性矛盾的轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級(jí)以及推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新政策的出臺(tái)，結(jié)構(gòu)因素所產(chǎn)生的影響效應(yīng)小幅上升，說(shuō)明相關(guān)調(diào)整政策有利于優(yōu)化各種結(jié)構(gòu)因素，對(duì)實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用發(fā)揮著積極作用[17]。

2）技術(shù)因素。研究期內(nèi)技術(shù)因素的分解值小于“0”，說(shuō)明技術(shù)手段在一定程度上抑制了水資源生態(tài)足跡的增長(zhǎng)，用水效率明顯提高，對(duì)于促進(jìn)水資源的科學(xué)開(kāi)發(fā)具有積極作用。2016-2020 年，技術(shù)因素分解值呈波動(dòng)不斷下降，表明技術(shù)手段的抑制作用不斷增強(qiáng)，具體表現(xiàn)為用于水資源再利用、污水治理的技術(shù)投入逐漸發(fā)揮效應(yīng)。

3）經(jīng)濟(jì)因素。經(jīng)濟(jì)因素作為主導(dǎo)因素，2016-2018 年經(jīng)濟(jì)因素分解值呈快速上升態(tài)勢(shì)，2018 年達(dá)到最高值的950 萬(wàn)hm2，年均增長(zhǎng)率674.4%，這是由于振興老工業(yè)基地戰(zhàn)略的實(shí)施取得了一定的成效，轉(zhuǎn)變了經(jīng)濟(jì)衰退的局面，經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了高效持續(xù)增長(zhǎng)；2019-2020 年整體呈波動(dòng)下降態(tài)勢(shì)，說(shuō)明經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源生態(tài)足跡的減小具有重要作用[18]。

4）人口因素。2016-2019 年人口因素分解值呈減小趨勢(shì)，2020 年明顯提升，這與區(qū)域人口增長(zhǎng)率密切相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.91；總體而言，水資源生態(tài)足跡受人口因素的影響較低，其平均貢獻(xiàn)率為8.48%，但人口數(shù)量變化受今年新型人口政策的影響較大，所以仍需重視人口因素引起的生態(tài)問(wèn)題。

4 結(jié)論

1）遼寧省水資源生態(tài)足跡整體呈減小趨勢(shì)，而地市水資源生態(tài)達(dá)到不可承載狀態(tài)；從構(gòu)成上，除本溪市以工業(yè)用水為主以外其它地區(qū)的水資源生態(tài)足跡首要組成賬戶(hù)以農(nóng)業(yè)用水為主，生態(tài)環(huán)境和生活用水有所增長(zhǎng)。結(jié)合分解值計(jì)算結(jié)果，對(duì)水資源生態(tài)足跡的增長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)因素發(fā)揮著主導(dǎo)作用，技術(shù)因素是抑制增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。

2）現(xiàn)階段遼寧省仍面臨著嚴(yán)重的缺水問(wèn)題，必須采取科學(xué)有效的技術(shù)手段改善水資源生態(tài)狀況。通過(guò)多源供給保證總供水量的整體問(wèn)題，切實(shí)提高公民、企業(yè)和政府的節(jié)水意識(shí)，規(guī)范水資源循環(huán)利用和污水合理排放，從源頭上循序漸進(jìn)，優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和水資源配置，盡量減少非必要的水資源損耗，最大程度地實(shí)現(xiàn)供需平衡。