水足跡視角下江蘇省泰州市水資源利用評價

王瑤　張北贏

摘要：在經濟快速發展和城鎮化率不斷提高的同時，城市水資源污染及短缺的現象也日趨嚴重，因此研究城市水資源利用與經濟增長之間的關系顯得至關重要。基于水足跡計算模型分析了江蘇省泰州市2013～2020年水資源真實占用量及水足跡結構，并結合水資源利用評價指標和經濟脫鉤理論研究了水資源生態安全狀況及水資源利用與經濟增長之間的關系。結果顯示：① 泰州市農業虛擬水量（即農業水足跡）中，糧食作物虛擬水含量大、經濟作物虛擬水含量較小，所選取的10種農作物虛擬水含量變化趨勢不一；畜牧產品中豬肉、禽肉、禽蛋及淡水產品虛擬水含量高，牛羊肉、奶制品虛擬水含量低。② 泰州市水足跡總體呈現下降趨勢；人均水足跡明顯高于全國水平；水足跡構成差異明顯，農業水足跡最多，生活、工業、生態和貿易水足跡依次減小。③ 從評價指標得出，泰州市水資源匱乏指數、壓力指數偏高，面臨較為嚴峻的水資源短缺危機，水資源利用處于弱可持續發展的狀態。④ 水資源利用與經濟增長的狀態在2013～2015為相對脫鉤優質協調發展，2016～2018為強脫鉤優質協調發展，2019年為未脫鉤不協調發展，2020年為強脫鉤優質協調發展。研究成果可以為泰州市水資源利用與發展提供參考。

關 鍵 詞：水足跡； 虛擬水； 經濟脫鉤； 泰州市； 可持續發展

中圖法分類號： K903 文獻標志碼： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.06.013

0 引 言

水是人類賴以生存和發展的物質基礎，與人類的生產生活密切相關。2010年后，隨著泰州市三類產業的快速發展，水資源污染及短缺、綠藻藍藻等各類水資源問題屢見不鮮，已然成為制約泰州市社會經濟發展的主要原因之一。如何在綠色可持續發展的背景下，促進城市水資源的可持續利用，使其與經濟增長協調發展，成為水資源相關學者的研究重點。

水足跡理論由荷蘭學者Hoekstra在2002年首次提出，其大致含義為：一個國家、地區或者一個人，在一定時期內所消耗及消費的產品和服務所需的水資源總量［1］。國外學者根據水足跡理論展開了全球、國家、省、市等不同尺度范圍的水足跡結構分析和比較評價［2-5］，不同的飲食方式對藍水足跡的影響［6］以及某一產品水足跡含量的計算等多方面的研究［7］。而國內學者利用水足跡理論展開了水足跡與農產品［8］、膳食消費［9-10］、水資源利用［11-12］等方面的研究。Vehmast提出經濟脫鉤的研究方法，后Tapio提出了脫鉤模型，并將其用在資源、氣體排放等領域［13-14］。國內學者將脫鉤模型運用到水足跡的研究領域，進行了黃河流域、山西省、河南省、新疆維吾爾自治區等大尺度的研究，并證明脫鉤模型具有合理性［15-17］。

但以往研究尺度多為全國或省域，以城市為尺度的研究較少［18-19］。作為重度缺水的泰州市，尚未有學者從水足跡與經濟脫鉤理論的視角探討水資源利用與經濟發展協調度的關系。本文以泰州市為研究對象，利用水足跡計算模型計算并分析了泰州市2013～2020年間各年份農業虛擬水量（水足跡）及總水足跡；并結合水資源生態安全指標與可持續性指標，評價泰州市水資源利用現狀；最后通過脫鉤理論分析水足跡與經濟增長之間的脫鉤關系與動態變化趨勢，以期為泰州市水資源可持續利用與發展提供參考依據。

1 研究區概況

泰州市位于中國華東地區，地處長江中下游平原和里下河平原腹地，長江北岸，其地理坐標為 32°01′57″N～33°10′59″N，119°38′24″E～120°32′20″E，市域地勢平坦，總面積為5 787 km2，下轄三區三市。作為江蘇省八大沿江城市之一，擁有長江岸線96.3 km，是長江經濟帶發展的重要組成部分，同時受到蘇錫常、上海、南京三大都市圈的輻射，是正在努力建設成“承南啟北、襟東帶西、跨江融合”的節點城市，并在逐步融入長三角城市群的發展，在2016年印發的《長江三角洲城市群發展規劃》中被定位為Ⅱ型大城市。2020年，泰州市經濟運行較為良好，實現地區生產總值5 312.77 億元。

泰州市是典型的亞熱帶季風氣候，氣候溫和，降水多集中在7～9月。2013～2020年降水量平均值為1 142.9 mm；人均水資源占有量為540.25 m3，研究年份的人均水資源占有量少于江蘇省同一時間段的551.05 m3，且遠低于全國和世界平均水平。由于水資源總量匱乏，人口眾多，人均水資源不足；水資源空間分布不均勻，地區間水資源利用不平衡，水環境日益惡化，水質型缺水現象日益嚴重，水資源短缺已經成為泰州市近幾年社會經濟發展緩慢的重要原因之一。

2 研究方法與數據來源

2.1 水足跡計算模型

水足跡指已知人口在一段時間內消費的所有產品、服務所需要的水資源數量，包括內部和外部水足跡，分別指的是該地區在生產或服務過程中所消耗的水資源量及進口虛擬水總量［1］。公式如下：

WFP=IWFP+EWFP（1）

IWFP=AWU+IWU+DWU+EWU-VWU（2）

EWFP=VWI-VWE（3）

式中：WFP為總水足跡；IWFP，EWFP為內部、外部水足跡；AWU為農業虛擬水量；IWU，DWU、EWU分別為工業、生活、生態用水量；VWI，VWU為進、出口虛擬水量；VWE為該地區進口再出口的產品虛擬水量，一般忽略不計［20］。

2.2 不同類型水足跡核算方法

核算工業、農業、生態和生活4種類型水足跡時，農業水足跡和其他3種類型用水計算數據不同。工業、生態和生活水足跡可采用實體需水量，而農業水足跡則需采用農業虛擬水量數據；同時受國內外、區域間貿易的影響，水足跡可跨原區域界限，因此在水足跡計算時，需考慮凈貿易虛擬水量。

農業虛擬水量指農業生產、服務過程中所消耗的藍水和綠水的總和，包括農、牧產品的虛擬含水量［21］，公式如下：

AWU = In · Qn（4）

式中：In為某種單位產品的虛擬水量；Qn為某種農牧產品的產量。

2.3 水資源利用評價指標

水資源評價指標旨在衡量一個地區的水資源開發與利用現狀，主要有水資源匱乏（WS）、水資源壓力指數（WP）和水資源可持續指數（WSI）等多個指標［22-23］，見表1。

泰州市水資源可持續狀態和能力的分析將采用WFGI，WAR，WSI三個指標，判別流程見圖1。

2.4 脫鉤理論

脫鉤理論中“脫鉤”包括絕對脫鉤和相對脫鉤，前者指經濟增長而能源消耗下降，后者為經濟增長而能源消耗相對緩慢上升，根據Vehmast的脫鉤指數理論［24-25］，公式如下：

DF = WEF / VGDP（5）

式中：DF，VWF，VGDP分別表示脫鉤指數、年均水足跡變化率、年均經濟變化率。判別狀態見表2。

2.5 數據來源

工業、生態、生活用水足跡及萬元產值用水量來源于2013～2020年《泰州市水資源公報》，各種農作物、畜牧作物產量來源于2014～2021年《泰州市統計年鑒》，進出口貿易總額來源于2014～2021年《江蘇省統計年鑒》。由于數據獲取難度較大，計算進出口貿易虛擬水量時，采用萬元產值用水量與進出口貿易總額的乘積，凈貿易虛擬水量為進口和出口產品貿易虛擬水量的差值。

3 計算結果分析

3.1 農業虛擬水量（農業水足跡）計算分析

農作物產品和動物產品生產所含的虛擬水組成農業虛擬水。計算公式中，農作物的單位產品需水量借鑒文獻［26-28］，文章選取泰州市主要種植的糧食作物產品及其單位產品虛擬水含量：水稻（1.05 m3/kg）、油料（1.62 m3/kg）、小麥（0.96 m3/kg）、薯類（0.76 m3/kg）和玉米（0.84 m3/kg）；經濟作物產品及其單位產品虛擬水含量：水果（0.27 m3/kg）、蔬菜（0.14 m3/kg）、棉花（6.85 m3/kg）、大豆（1.74 m3/kg）和甘蔗（糖料）（0.16 m3/kg）；動物單位產品虛擬水量借鑒文獻［29-30］，文章選取泰州市區域內主要養殖的動物產品及其單位產品：牛肉（13.7 m3/kg）、禽肉（3.97 m3/kg）、豬肉（3.95 m3/kg）、奶類（1.28 m3/kg）、羊肉（5.8 m3/kg）、禽蛋（3.55 m3/kg）和淡水產品（5.0 m3/kg）。農牧產品虛擬水含量見表3。

結合泰州市農牧作物產量、單位虛擬水量，在公式（4）的基礎上計算得出泰州市的農業虛擬水量（水足跡），見表3。

農作物產品中，糧食作物虛擬水量大的有水稻、小麥；虛擬水量小的為薯類、玉米、大豆等；經濟作物中的蔬菜、油料虛擬水量較大，甘蔗、水果、棉花虛擬水量較小，如表3所列。在統計年份中，水稻、小麥等糧食作物的虛擬水量的年均值為19.41億，10.81億m3，這與單位面積糧食產量增加、總產量不斷提高有密切關系；而種植規模相對較小的薯類、玉米和大豆的年均值僅為0.15億，0.37億，0.92億m3。但水稻、小麥、薯類、玉米和大豆這5種作物的水足跡整體均呈現下降的趨勢，分別由2013年的20.71億，11.51億，0.26億，0.43億，1.10億m3下降到2020年的18.05億，9.92億，0.08億，0.33億，0.77億m3，側面反映泰州市不斷推行節水農業的灌溉措施具有成效。經濟作物種植面積小、水資源利用量較少，其虛擬水量占總虛擬水量的比值不高，水足跡年變化情況較為復雜。其中油料、蔬菜的虛擬水量相對較大，年均值為1.83億，4.41億m3；甘蔗、水果、棉花的虛擬水量相對較小，年均值分別為0.005億，0.35億，0.29億m3。其中油料、棉花在研究年份中的虛擬水量由峰值2.15億，0.96億m3下降到1.54億，0.01億m3。與上述作物虛擬水量變化趨勢不同的是，甘蔗常年的虛擬水量穩定在0.005億m3，而蔬菜和水果的虛擬水量則出現連年遞增的情況，分別由2013年的4.02億，0.28億m3增加到2020年的4.75億，0.41億m3。反映出泰州市種植業結構發生變化，由原先的重視糧食作物發展，忽視經濟作物的發展，開始向重視發展經濟作物過渡。

泰州市目前的農業發展符合高效農業的發展趨勢，推進節水灌溉措施并在滿足本地市場需求的基礎上，優先發展虛擬水含量較小的農作物，進一步減少單位產品虛擬水含量高的作物的種植量，使得本地水資源得到合理利用，是泰州市農業水足跡逐年減少的重要原因。

雖然畜牧產品的虛擬水含量在研究年份中變化幅度不大，但變化趨勢不一。其中，淡水產品、禽蛋、豬肉、禽肉的虛擬水含量較高，牛肉、羊肉、奶類的虛擬水含量較低，多年均值依次為：19.13億，4.99億，7.11億，1.83億，0.07億，0.19億，0.51億m3。數值表明淡水產品、豬肉、禽蛋生產數量多，水資源利用量大；雖然牛肉、羊肉的單位虛擬水含量大，但考慮到當地人飲食習慣，生產數量少，因此水資源利用量也較少。禽肉、羊肉、豬肉總體虛擬水量均呈現下降趨勢，需要注意的是，豬肉在2019～2020年出現明顯的下降，原因在于非洲豬瘟使豬肉生產量有明顯的下降，因而導致虛擬水量出現明顯的減少；牛肉、淡水產品、奶類產品和禽蛋總體上呈現上升趨勢，尤其是禽蛋在2019～2020年較前幾年有明顯的上升，禽蛋虛擬水含量的上升說明其在一定程度上對豬肉具有替代作用。在現有基礎上，泰州市可調整動物產品結構，進口水密集型的產品，養殖單位虛擬水量低的動物，以減少區域內動物產品的水資源使用量。

3.2 泰州市水足跡差異性分析

泰州市水足跡分為兩部分：虛擬水和實體水，先測算出農業虛擬水量以此作為農業水足跡的數據，后利用公式（1）～（3）計算出其他類型的水足跡，結果見圖2。泰州市總水足跡在2013～2015年、2018～2019年呈現上升趨勢，2015～2018年、2019～2020年呈現下降趨勢，最大值出現在2015年為79.88億m3，最小值在2018年為72.09億m3。經分析：總水足跡的增加與減少主要受農業水足跡的影響，兩者相關系數為0.99；其他類型水足跡的波動變化給總水足跡帶來的影響均較小。由于研究年份中年末常住總人口數量變化幅度不大，因而人均水足跡與總水足跡變化曲線大致相同，在2013～2014年、2018～2020年增加，2014～2018年減少，最大值出現在2014年，為1 721.21 m3/人，最小值為2018年的1 555.10 m3/人，但最大值和最小值均高于國家年平均水平702 m3/人［18］。

泰州市的水足跡構成極不均衡，各類型水足跡數值差異較大，農業水足跡呈現減少的趨勢，工業、生活、生態用水足跡總體呈現增長的趨勢。農業水足跡占總水足跡的90%以上，比重最大；工業、生活、生態的水足跡總和占總水足跡的10%左右，這種分布情況與泰州市現有的三產結構有密切的關系。2013～2020年的貿易虛擬水一直是出口虛擬水大于進口虛擬水，皆為順差，且值在2014年后趨于增大，進一步提高泰州市水資源的利用程度及加快了水資源的枯竭速度。因此虛擬水貿易在一定程度上并沒有緩解泰州市水資源短缺的現狀。

3.3 泰州市水資源利用評價

本文根據5個指數評價水資源利用情況，分別為水資源生態安全指標（包含水資源匱乏指數、水資源壓力指數）和水資源的可持續性指標（包括水足跡增長指數、可用水資源增長指數、水資源可持續指數），結果如圖3所示。

采用水資源匱乏指數（WS）和水資源壓力指數（WP）分析泰州市水資源生態安全，以此反映城市水源緊缺的情況和城市可用水源的現狀，計算結果見圖3（a）。不難發現，水資源匱乏指數均大于1。水資源匱乏指數在2013～2016年、2017～2018年、2019～2020年處于下降趨勢；2016～2017年、2018～2019年處于上升趨勢；最大值為2019年的11.56，最小值為2016年的1.48，多年平均值為4.32。泰州市年均水足跡為76.53億m3，多年水資源量均值為24.45億m3，說明存在泰州市水資源供需矛盾，且水資源匱乏程度較高。水資源壓力指數在研究年份呈現波動上升的情況，變化情況與水資源匱乏指數完全一致，且數值也大于1，在2013～2016年、2017～2018年、2019～2020年處于下降趨勢；2016～2017年、2018～2019年處于上升趨勢，最大值為2019年的12.27，最小值為2016年的1.56，多年均值為4.58，泰州市水資源生態安全狀況不容樂觀，所研究年份的水資源壓力指數均超過了0.31的流域水資源開發閾值［31］，處于嚴重超載的情況。兩個指數雖然多數年份呈現改善的情況，但遭遇到枯水年份時，水資源匱乏指數與壓力指數會明顯增加，因此在城市發展的同時，如何進一步提高城市水資源利用率則是關鍵。

泰州市水足跡可持續分析的結果如圖3（b）所示，水足跡增長指數（WFGI）在2014～2015年及2019年為正，2016～2018年、2020年為負，最大值為2014年的0.02，最小值為2017年的-0.04。可利用水資源增長指數（WAR）多數年份為正值，在2017，2019年出現負值，最大值為2015年的0.83，最小值為2019年的-0.68。水資源可持續利用指數（WSI）變化不穩定，在2017年之前呈可持續發展狀態，2017年后交替出現可持續與不可持續的狀態。上述結果顯示，泰州市水資源利用呈現弱可持續發展狀態，側面體現泰州市落實“三條紅線”、推行“河長制”、構建節水型城市等工作的效果顯著。而2017年與2019年呈現不可持續的發展狀態，分別是2016年降水量遠超多年降水量平均值以及2019年的降水量遠少于多年降水量平均值使得當年可用水資源匱乏，造成可利用增長指數急劇減少。由于可用水資源量受降水、氣溫、地形等不可控因素的影響，在現有節水工程或措施的基礎上，如何進一步降低水足跡，緩解泰州市水質型缺水、因降水量減少而造成的水資源短缺等問題，成為水資源能否持續利用的關鍵。

3.4 泰州市水資源利用與經濟增長脫鉤關系評價

泰州市水資源利用與經濟增長之間關系為相對脫鉤、優質協調發展的狀態。如圖4所示，研究年份中，泰州市水足跡變化率范圍為-0.05%～0.02%；經濟增長速度范圍為0～0.16%，2018年后有明顯的放緩跡象；除2019年外，其他年份脫鉤指數均為-0.5%～0.5%，根據圖中趨勢線可判斷出泰州市經濟增長水平高于水資源消耗速度，即經濟增長的同時水足跡不斷下降，兩者呈現背離的狀態。研究年份中GDP的年均增長率為8.6%，水足跡年均增長率為-1.1%，除2019年表現為未脫鉤不協調發展狀態外，在2014～2015年表現為相對脫鉤優質協調發展，2016～2018年、2020年表現為強脫鉤優質協調發展。原因在于隨著多項節水措施的推行及產業結構的調整，正常降水年份中，水資源利用與經濟增長由弱脫鉤正在向強脫鉤的協調狀態發展。

泰州市若想更好地促進水資源利用與經濟的良好發展，應努力做到：① 可在現有節水工程和措施的基礎上，注重發展現代農業，減少種植虛擬水含量大的作物，調整畜牧產品的結構，進一步改善貿易虛擬水的現狀；② 積極推進經濟轉型發展策略，不斷優化產業結構，進一步降低農業用水比重，同時可對不同行業進行差別水價，發揮價格杠桿作用；③ 最后還需落實嚴格的水資源管理制度，抓好各類產業的節水工程建設，提高用水效率，以此促進泰州市水資源利用與經濟協調發展。

4 結 論

本文運用水足跡模型和經濟脫鉤理論，結合5個水資源評價指數，分析了泰州市農業的虛擬水量（即農業水足跡）、內外部水足跡構成等；研究了2013～2020年泰州市水資源利用現狀與經濟增長之間的關系，結論如下：

（1） 泰州市糧食作物中水稻、小麥虛擬水量大；薯類、玉米、大豆虛擬水量較小。經濟作物中油料、蔬菜虛擬水量大；棉花、水果、甘蔗（糖料）虛擬水量小。畜牧產品中，豬肉、淡水產品、禽肉、禽蛋水足跡明顯高于牛羊肉、奶類制品。

（2） 泰州市水足跡總體呈下降趨勢，人均值也呈下降趨勢；內部水足跡構成差異較大，農業水足跡最大，呈下降趨勢；其次為生活水足跡、工業水足跡、生態水足跡，均呈現上升趨勢；貿易水足跡一直為順差。

（3） 從水資源評價方面看，泰州市水資源匱乏指數和壓力指數偏高，水資源利用狀態為弱可持續發展。

（4） 從水資源利用與經濟發展關系看，2013～2015年為相對脫鉤優質協調發展，2016～2018年為強脫鉤優質發展，2019年為未脫鉤不協調發展，2020年為強脫鉤優質協調發展。

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（編輯：江 文）

Evaluation of water resources utilization in Taizhou City，Jiangsu Province from perspective of water footprint

WANG Yao，ZHANG Beiying

（School of Geography & Geomatics and Planning，Jiangsu Normal University，Xuzhou 221000，China）

Abstract： With the rapid development of economy and increasing urbanization rate，the phenomenon of water resources pollution and shortage in the city is becoming more and more serious.Therefore，it is important to study the relationship between urban water resources utilization and economic growth.Based on the water footprint calculation model，this paper analyzed the actual water resources occupation and water footprint structure of Taizhou City from 2013 to 2020，and studied the ecological security of water resources and the relationship between water resources utilization and economic growth based on the evaluation index of water resources utilization and economic decoupling theory.The results showed that ① Among the agricultural virtual water volume of Taizhou City，the virtual water content of food crops was large and that of cash crops was small，and the virtual water content of the selected ten crops had different trends.In livestock products，the virtual water content of pork，poultry meat，poultry eggs and fresh water products is high，while the virtual water content of beef，mutton and dairy products is low.② The water footprint of Taizhou City showed a downward trend.The per capita water footprint is significantly higher than the national level.The composition of water footprints is significantly different，with agriculture having the largest water footprint，and domestic，industrial，ecological and trade water footprints decreasing in turn.③ From the evaluation indicators，it was concluded that Taizhou had a high water shortage index and pressure index，faced a relatively severe water shortage crisis，and water resources utilization was in a state of weak sustainable development.④ The state of water resources utilization and economic growth was relatively decouple-quality coordinated development in 2013～2015，strongly decouple-quality coordinated development in 2016～2018，undecouple-uncoordinated development in 2019，and strongly decouple-quality coordinated development in 2020.The research results can provide a reference for the utilization and development of water resources in Taizhou City.

Key words： water footprint；virtual water；economic decoupling；Taizhou City；sustainable development

收稿日期：2022-07-23

基金項目：國家自然科學基金項目（41701025）；江蘇師范大學研究生科研創新計劃項目（2021XKT0064）

作者簡介：王 瑤，男，碩士研究生，主要從事區域水資源可持續發展研究。E-mail：2395190571@qq.com

通信作者：張北贏，女，副教授，博士，主要從事生態水文和同位素水文方面的研究。E-mail：zhangbeiying@163.com