基于生態足跡理論的承德市水資源利用均衡性及影響因素

郝 燦，陳義忠，2，高田源，賀鵬明，張煊兒，趙允碩，樊 星

（1.河北工業大學經濟管理學院，天津 300401；2.河北工業大學京津冀發展研究中心，天津 300401；3.華北科技學院化工安全學院，河北 廊坊 065201）

0 引言

近年來受到人口增長、氣候變化、工業化進程加快等因素影響，水資源面臨的挑戰日益凸顯，水資源可持續利用成為當今社會發展不可避免的問題[1]。承德市是連接京津冀遼蒙的重要節點，肩負著為京津冀涵養水源、構筑生態屏障的重要使命。對承德市水資源利用狀況進行研究，關系到區域生態和經濟可持續發展。目前水資源利用的評價方法主要包括Super-SBM模型[2]、數據包絡分析[3]、水足跡模型[4]、生態足跡模型[5]等。其中，生態足跡模型應用較為廣泛，其通過對比生態足跡和生態承載力來衡量區域可持續發展狀況，但該模型未能全面描述水域生態足跡。2008 年，黃林楠等[6]通過建立水資源賬戶并納入生態足跡框架，得到了水資源生態足跡模型。此后，國內部分學者對該模型進行了改進，如水量水質賬戶擴充等。該模型也多應用于生態安全評價[7]、水資源承載力分析[8]、水資源可持續性評估[9]等。水資源利用的均衡性問題也是水資源分配利用中的基本問題之一。目前相關的研究多集中在探究水資源地域空間分配的均衡性或水資源與社會經濟指標的公平性上，常見的方法包括基尼系數[10]、泰爾指數[11]、不均衡指數[12]等。其中，基尼系數僅可以反映出區域水資源與社會經濟要素的整體匹配情況，無法體現出空間差異，因此往往需要結合其他評價方法協同分析或對基尼系數進行分解。此外，現有關于水資源利用驅動因素的研究多集中于省級或市級尺度，區縣級尺度的研究較少。對于承德市而言，從京津冀宏觀角度對水資源配置等問題展開的研究已較為豐富，而涉及承德市內部水資源利用狀況分析的內容十分薄弱。縣域尺度的研究不僅可以明晰承德市內部水資源利用現狀及其制約因素，還能夠為承德市各區縣水資源管理提供參考。近年來，承德市水資源的承載負擔和污染風險不斷加大[13]，社會經濟發展與水資源供應矛盾突出，水資源約束性逐漸凸顯。同時，針對影響因素的研究，其方法主要包括對數平均迪氏指數（LMDI）法[14]、Shephard距離函數[15]和DEA-Malmquist指數法[16]等。其中，LMDI法具有準確性和聚合性，它既解決了零值的問題又消除了分解的殘差，已被廣泛應用于生態足跡的研究中[14]。

本研究通過構建水資源約束評價體系、水資源生態足跡模型和水資源利用均衡性模型，分別從約束性、可持續性、均衡性3 個維度評價承德市縣域2013—2017 年水資源利用均衡性時空格局，并基于LMDI法解析該地區水資源利用的影響因素。此外，將承德市水資源指標與其他地區對比，結合承德市各區縣水資源綜合評價結果，提出相應對策建議。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況與研究框架

承德市地處東經115°54′～119°15′，北緯40°11′～42°40′，位于河北省東北部的冀北山區，轄3 個市轄區、8個縣；2020年常住人口335 萬人，生產總值1 550.3 億元。承德境內地形復雜，山脈河流縱橫交錯，地勢西北高、東南低，平均海拔350 米；地域面積39 500 km2，林地面積占比超過72%；全年平均氣溫5～9 ℃，年均降水量395～897 mm，降水量南高北低，時空分布差異明顯。承德市水資源較為豐富，境內有灤河、潮河、遼河、大凌河四大水系，年產水量37.6 億m3，但2000—2017 年承德市人均水資源占有量僅838 m3[17]。承德地區具備頁巖氣成藏的物質基礎，是冀北頁巖氣勘查的重點區域[18]。然而，頁巖氣開采過程中的水力壓裂技術，會對當地的水資源狀況產生不良影響，如淡水資源大量消耗、水供給壓力增加和地下水污染風險提高等[19]。本研究從多維度評價承德市縣級尺度的水資源利用均衡性時空分布格局，揭示其影響因素與影響效應，并與其他地區對比分析，得到相應的水資源管理與頁巖氣開發政策建議，具體研究框架如圖1所示。

圖1 研究框架與承德市各區縣空間圖Fig.1 Research framework and spatial distribution map of counties in Chengde

1.2 水資源約束評價體系

水資源對生產方面的約束主要體現在生產過程中水資源大量消耗造成的水資源壓力及生產活動對地下水的污染。本文使用水資源壓力指數（WPI）、地表水生產壓力（SWP）及地下水污染風險（GPR）3個指標進行綜合評價。其中，WPI表征當地生產、生活活動對水資源造成的負荷，能夠反映區域水資源的相對稀缺程度；SWP和GPR分別反映生產活動對區域地表水和地下水的影響，也能夠用于評價頁巖氣開發水資源約束，WPI、SWP和GPR的計算方法如式（1）～（3）所示：

式中：j指區縣，TWD、TAW、PW、DW、EW、SW和GW分別代表年總需水量、年總可用水量、居民生產用水量、生活用水量、生態用水量、地表水使用量和地下水使用量（單位均為萬m3）。WPI越大，用水壓力越大，40%～100%為高到極高的壓力水平[20]；SWP越大，生產活動受到地表水資源的限制越嚴重，越不適宜頁巖氣開發；GPR越大，生產過程對地下水的污染風險越高，越會阻礙頁巖氣的勘探開發。

1.3 水資源生態足跡模型

水資源生態足跡可以衡量人類對水資源的利用程度，進而評價人類對生態系統的影響，包含人類生產、生活消耗水資源的過程和自然環境維持自身進化消耗水資源的過程兩方面。水資源生態足跡可以根據用水特征分為生產、生活和生態用水生態足跡3項，計算式[6]為

式中：i指第i類水資源，i=1，2，3，分別指生產、生活和生態用水；EF為水資源生態足跡，hm2；N為人口數，萬人；ef 為人均水資源生態足跡，hm2；γ為水資源全球均衡因子，取5.19；W為水資源人均消耗量，m3；P為水資源全球平均產量，取3 140 m3/hm2。

水資源生態承載力指某一地區在可預測時間范圍內，水資源最大供給量能夠維持該區域生產、生活、生態可持續發展的能力，反映水資源對經濟、社會和生態良好發展的支撐力，計算式[6]為

式中：EC為水資源生態承載力，hm2；ec為人均水資源生態承載力，hm2；φ=0.4，為河北省水資源產量因子[6]；Q為人均水資源總量，m3。水資源開發需預留60%用于維護生態環境[21]，因此α=0.6。

水資源生態盈虧指數是衡量區域內的水資源生態足跡和水資源生態承載力供需平衡狀況的指標，計算式[22]為

式中：EB 為水資源生態盈虧指數，hm2；EB＞0 表明該地區水資源處于可承載狀態；EB=0 為平衡狀態；EB ＜0為不可承載狀態。

1.4 水資源利用均衡性

本文選擇GDP、糧食產量、農業面積、人口、用電量5個評價指標，利用基尼系數（Gini）對水資源利用均衡性進行評價。基尼系數介于0～1之間，0～0.2表示高度平均，0.2～0.3為比較平均，0.3～0.4為相對合理，0.4～0.5表示差距較大，0.5～1表示高度不平均：

式中：j和j-1分別表示按照水資源生態足跡與評價指標的比值升序排序后第j、j-1位區縣；X、Y分別為評價指標和水資源生態足跡占整個區域的累計百分比，當j=0時，(Xj-1-Yj-1)=(0,0)。

為了更好地分析水資源生態足跡與5項指標的均衡性關系，把水資源生態足跡的比率和上述5項指標比率的比值稱為水資源生態足跡需求系數（EFDC），計算式[5]為

式中：t指t年；X為評價指標。EFDC大于1代表水資源生態足跡與指標的均衡性差；小于1均衡性好。

1.5 基于LMDI 的水資源利用影響因素解析

采用LMDI法對水資源生態足跡變化的驅動因素進行分解，計算式[23]為：

式中：y為地區生產總值，億元；p為常住人口數，萬人；Δeft為基準年到第t年的人均水資源生態足跡變化值，hm2；ef0指基準年的人均水資源生態足跡（本文基準年為2013年）；ΔefS、ΔefG、ΔefR、ΔefP分別表示結構、技術、經濟和人口因素引起的人均水資源生態足跡的變化量，hm2，其中：

2 結果與分析

2.1 水資源約束力時空特征

由圖2 可知，承德中部地區面臨較高的水資源壓力。興隆縣的水資源量在承德市各區縣中最多（除2015 年外）且用水量較少，WPI 值連續5 年在20%以下，面臨較小的水資源壓力。圍場縣的年均WPI 在20%～40%，屬于中等缺水，雖然該區域水資源較為充裕，但用水量卻較高。營子區、平泉縣、承德縣、豐寧縣、寬城縣的年均WPI都在40%～80%之間，屬于高度缺水地區，面臨較高的水資源壓力，其中營子區用水量連續5 年在各區縣中最低，但由于其水資源量較少導致用水壓力同樣嚴峻。灤平縣、隆化縣、雙灤區、雙橋區年均WPI大于80%，屬于極度缺水地區，主要由于水資源量少且用水強度較高，其中雙灤區和雙橋區連續5年大于100%，說明本地的水資源供給量不足，需要從外部引水以滿足需求。每個縣的WPI均在2014或2015年達到最高水平，隨后有所降低，說明2015年以來承德市各區縣在社會發展的同時注重水資源涵養，水資源容量有所恢復，且隨著近年來公民節水意識的加強，2015年后各區縣的總用水量都有所下降。

圖2 水資源壓力指數時空分布特征Fig.2 Spatial-temporal distribution characteristics of WPI

SWP在不同區域間存在明顯差異（圖3）。營子、雙橋、平泉和雙灤的年均SWP都在9以上，其中營子區最大為12.556，其他區縣年均SWP都在5以下，隆化縣最小為1.322。在時間跨度上，不同區縣的SWP也各有不同：隆化、承德、豐寧和圍場的SWP 都較小且穩定；平泉縣年均SWP 為10.554 且有繼續增加的態勢；興隆、雙橋、雙灤和營子的年均SWP分別為4.964、10.783、9.665和12.556均處于較高水平，但近年來有所緩解。不同區縣的GPR情況也存在較大差別。隆化縣年均GPR最小為0.252，雙橋區最大，約是隆化縣的4.75倍。在時間維度，寬城縣波動最為明顯，其他縣波動較小，處于較平穩的趨勢。興隆和營子處于下降的趨勢，平泉縣處于緩慢上升的趨勢。將SWP與GPR和區域社會經濟狀況相結合，利用SPSS進行相關性檢驗，當相關系數的絕對值大于0.8時，可以稱兩指標高度線性相關。SWP-GDP、SWP-人口、GPRGDP、GPR-人口的相關系數分別為-0.34、-0.15、-0.15和-0.59（絕對值都小于0.8），同時圖3 b）中任意兩指標的數據點比較分散且沒有表現出明顯的聚集趨勢，可以得出水資源指標與GDP、人口沒有明顯的線性關系。寬城縣的GPR 和SWP 在所有縣中屬于較低的水平，GDP 屬于最高的水平。而營子區的GPR 和SWP都處于較高的水平，但GDP和人口處于較低水平。可見水資源利用越均衡越有利于地區發展。雙橋區的GPR最高，SWP屬于較高水平，但其GDP和人口也處于高及較高的水平，可知大量的人口和高強度的經濟發展會加劇地表水生產壓力與地下水污染。

圖3 2013—2017 年地表水生產壓力、地下水污染風險與社會經濟指標相關性Fig.3 Correlation between SWP,GPR and socio-economic indicators from 2013 to 2017

此外，對承德市各區縣的SWP和GPR進行了預測。基于2013—2021年各區縣的SWP和GPR數據進行擬合，剔除異常值后，對未來進行預測：承德縣的SWP和GPR 均處于上升趨勢，SWP的上升趨勢從2016年開始逐漸放緩，預計于2025年達到4.595；雙橋區的SWP和GPR均呈現出下降趨勢，GPR的下降趨勢更為明顯，到2025 年預計會降低6.45%，而SWP 在未來有先下降后上升的趨勢，預計從2021 年開始上升，2025年將達到8.871 3；雙灤區和營子區指標均呈下降趨勢，雙灤區的GPR的下降趨勢在未來會逐漸增大，營子區GPR 下降速度較快，但是從2024 年開始趨于平穩；目前豐寧縣2 個指標均處于小幅度平穩下降，SWP以4.68%的速度均勻下降，但GPR會在未來加快減小，預計2025年將會降低至0.008；圍場縣2指標先減小后增加，SWP的波動幅度最大，預計在2025年達到3.150 8，相較2017年增長75.87%。

2.2 水資源生態足跡時空格局

不同區縣的水資源生態足跡存在較大差異（圖4）。平泉、興隆、雙橋和圍場的人均水資源生態足跡較小（均低于0.30 hm2），雙橋區連續5年最小；灤平、承德、寬城、雙灤、營子、豐寧的人均水資源生態足跡較大，處于0.26～0.58 hm2之間；隆化縣的人均水資源生態足跡最高，連續5年大于0.67 hm2，年均人均水資源生態足跡為0.72 hm2。2013—2017 年，興隆和寬城的人均水資源生態足跡整體上呈現增長趨勢，但2013—2015年間兩縣的人均水資源生態足跡先上升后下降，這與兩縣2014年生產用水增加有關，需要優化調整產業結構，大力發展節水型產業，多年平均變化率大于1，說明這兩縣在經濟社會發展的過程中消耗的水資源量在增加；隆化、雙橋、豐寧和圍場的年均變化率約為0，說明多年來水資源利用狀況基本維持穩定狀態；其余區縣的多年平均變化情況則整體上呈現出減少的趨勢，說明這幾個區縣在水資源的使用過程中，注重提升水資源利用效率。

圖4 2013—2017 年人均水資源生態足跡時空分布特征Fig.4 Spatial-temporal distribution of per capita water resources ecological footprint from 2013 to 2017

由水資源生態足跡的構成看出（圖5）：人均生產用水足跡所占比例最大，其次為人均生活用水足跡。除雙橋區外，各區縣人均生產用水足跡每年占比均在72%以上。雙橋區占比最高的為人均生活用水足跡，其次為人均生產用水足跡，人均生態用水足跡占比最小但在全市內最高。2017年與2013年相比，除興隆和寬城（增幅分別為1.85%和2.88%）外，其余縣的人均生產用水足跡比例都在減少（整體降低2.99%）；而人均生活用水足跡除興隆和寬城降低外，其余縣都有所增加，整體增幅為2.66%，可能與人們的生活質量逐漸提高有關；人均生態用水足跡占比總體處于增加趨勢但增幅較小（0.33%），隨著人們環保意識的加強，將會為維持生態環境可持續發展付出更多努力。對雙橋區來說，生活用水足跡占比最大，需要提升當地的生活用水效率、宣揚節水節能思想；其他區縣，尤其是隆化縣（生產用水占比高達93%以上），需要推動當地生產轉型升級，提高水資源利用效率，推崇新型節水設備等。

圖5 水資源生態足跡組成Fig.5 Water resources ecological footprint structure

承德市各區縣人均水資源生態承載力和人均水資源生態盈虧指數見圖6。人均水資源生態承載力表現出較大空間差異。興隆縣人均水資源生態承載力最大并在2017年達到了最大值0.54 hm2；雙橋區人均水資源生態承載力最小且連續5 年低于0.03 hm2，亟需改善水資源利用狀況；其余區縣大多處于0.05～0.20 hm2之間。時間尺度上，2014—2015 年各區縣的人均生態承載力都處于歷年較低水平，2016 年以來呈上升趨勢，說明承德市水資源狀況整體向好，這與2015 年承德市人民政府實行嚴格的水資源管理制度有關。絕大多數區縣的人均生態盈虧指數都在-0.61～0 hm2之間，處于輕度生態赤字狀態，水資源供需形勢較為緊張。興隆縣年均水資源生態盈虧指數為0.083 hm2，表明該縣的水資源承載力處于臨界狀態，其余10 區縣水資源賬戶出現赤字，有水資源短缺的風險，其中隆化縣最為嚴重。而承德市總體的年均水資源盈虧指數為0.070 hm2，說明水資源供給基本能夠滿足承德市總體用水需求。

圖6 人均水資源生態承載力與人均水資源生態盈虧指數Fig.6 Per capita water resources ecological carrying capacity and water resources ecological profit and loss index

2.3 水資源利用均衡性分析

萬元GDP水資源生態足跡用于衡量水資源的利用程度，其數值與水資源利用效率成反比（圖7）。研究表明：除寬城縣與雙橋區略有增加外，其余區縣均呈遞減趨勢，說明承德市整體上的水資源的利用效率在提高，可能與各區縣在發展過程中進行產業結構調整和優化有關。隆化縣萬元GDP水資源生態足跡連續5年處于承德市最高水平，在0.26～0.33 hm2之間，需要提高水資源利用效益。寬城縣與雙橋區一直處于承德市最低水平，在0.04～0.07 hm2之間，水資源利用效率高。2013—2017 年，寬城縣由0.040 hm2增長到0.068 hm2，增幅最大（70.64%）。雙灤區由2013 年的0.082 hm2減少至2017 年的0.054 hm2，降幅最大（33.64%），表明雙灤區用水效益優化狀況較有成效。與各區縣年均人均水資源生態足跡（圖4 b））對比發現：隆化縣兩指標都在承德市各區縣中排名首位且生產用水占比最高，說明該縣消耗了大量水資源去發展生產，但水資源利用效率低下造成嚴重的水資源浪費，亟需優化產業結構，對生產活動中的水資源利用嚴加規范，提高用水效率。而雙橋區的兩指標數值在各區縣中最低，說明雙橋區消耗的水資源量最少且水資源利用效率最高，其他區縣應參考借鑒雙橋區的系列舉措，嚴格控制水資源使用，因地制宜地開展節水活動，提高水資源利用效率。

根據4個水資源指標綜合評價各區縣的水資源利用均衡性，如圖8所示。結果表明：興隆縣水資源利用均衡性最好，人均水資源承載力最好、水資源壓力最小，水資源足以維持社會經濟發展，這與其水資源總量多（年均水資源總量4.52 億m3）有關，水資源利用效率較高、人均水資源生態足跡較低，水資源得到了有效開發利用和管理。雙灤區和雙橋區水資源利用均衡性差，雖然水資源利用效率高，但存在人均水資源承載力差、水資源壓力高等問題。這與兩地水資源量少、人口密集有關，需要提高居民節水意識、引入外部水源等。隆化縣水資源量處于中上水平，但年均用水量卻保持在全市首位，是其他縣年均用水量的1.89～14.18 倍。結合圖7 來看，隆化縣水資源利用效率最低，這可能是其用水壓力大、人均水資源生態足跡高的原因之一。其他7 個區縣的水資源利用均衡性和各項水資源指標都處在中等水平。

圖8 各區縣多年平均WPI，EG，ef，ec 的相關關系Fig.8 Correlation of multi-year average WPI,EG,ef and ec in each county

承德市水資源生態足跡與GDP、糧食產量、農業面積、人口、用電量的基尼系數和EFDC 系數結果見表1與表2。GDP基尼系數常年小于0.20，表明承德市水資源生態足跡和GDP 處于高度平均狀態，其中隆化、承德、雙灤、營子和豐寧的EFDC 系數多年平均值大于1，該5 縣的水資源生態足跡與GDP 均衡性較差。2013—2017 年水資源生態足跡-GDP 的基尼系數整體處于上升趨勢，表明承德市水資源生態足跡與GDP的均衡性有變差趨勢，需要注意區域協調，對經濟發展水平較低的地區推進產業轉型升級。糧食產量和農業面積的基尼系數常年大于0.50，處于高度不均衡狀態。灤平、興隆、寬城、雙橋、雙灤、營子的水資源生態足跡與糧食產量、農業面積的EFDC系數均大于1，與這些縣糧食產量低、農業面積小有關。人口基尼系數常年在0.30～0.35，說明承德市水資源生態足跡與人口的均衡性較為合理。用電量基尼系數除2013年外均小于0.20，表明承德市近年來的水資源生態足跡和用電量之間趨于高度均衡。平泉縣5個評價指標的EFDC系數都小于1（表2），均衡性相對較好，各方面的協調性都較為合理；而營子區各指標的EFDC系數都大于1，表明區域發展正處在高度不均衡狀態。

表1 承德市水資源生態足跡基尼系數Tab.1 Gini coefficient of water resources ecological footprint in Chengde

表2 承德市11 區縣各評價指標EFDC 系數多年平均值Tab.2 Multi-year average value of EFDC for each evaluation indicator in 11 counties of Chengde

2.4 水資源利用影響因素

圖9 可以看出，技術和經濟因素對人均水資源生態足跡的影響相對顯著，人口和結構因素影響較小。結構因素引起的變化量在-0.000 6～0.001 0 hm2/人之間，數量級最小，其次為人口效應（變化量-0.015 9 ～0.011 4 hm2/人），說明結構效應和人口效應的影響不顯著。而技術因素引起的變化量在-0.202 7 ～0.224 7 hm2/人之間，影響效果最大，其次為經濟因素（變化量-0.101 7 ～0.126 8 hm2/人）。4 個因素數值都有正有負，對不同區縣的影響作用不同。

圖9 承德市水資源生態足跡驅動因子Fig.9 Driving factors of water resources ecological footprint in Chengde

1）經濟因素方面，僅寬城、灤平、雙橋和雙灤存在抑制現象：寬城縣的經濟因素對水資源生態足跡始終起到抑制作用，且隨時間抑制作用加強，雙橋區和灤平縣由原來的促進效應分別從2015年和2016年開始變為抑制效應，原因可能為經濟發展會引起節水技術和節水產業的發展，從而抑制了水資源生態足跡增長，雙灤區則僅在2015 年出現抑制作用。其余7 縣經濟因素在2013—2017年間引起的變化量都為正數，為促進作用。整體上，經濟效應對承德市人均水資源生態足跡的增長起促進作用，區域經濟發展需要大量水資源來維持，從而造成了水資源生態足跡的增長，且多數區縣經濟效應的促進作用隨時間愈發明顯。

2）技術因素方面：除寬城縣和雙橋區外，其余區縣的變化量均小于0且逐年增大，說明近年來節水技術對這些區縣人均水資源生態足跡的抑制作用越來越顯著，而寬城縣和雙橋區仍處于大力發展產業而忽視節能與環保的階段。

3）結構因素方面：興隆縣和寬城縣的結構效應5年內始終為促進作用，需要改善用水結構，隆化、平泉、雙橋和營子的結構效應始終為抑制作用，水資源利用結構較為均衡。

4）人口因素方面：人口對不同區縣水資源生態足跡的影響差異顯著，興隆、雙灤、營子、豐寧和圍場的人口效應小于0且一直減小，說明人口因素的抑制作用越來越顯著，其余6縣人口效應大于0，且2016年后呈現降低趨勢，說明近年來人口因素對這6區縣人均水資源生態足跡的促進作用逐漸減小，產生該現象的原因與近年來人口增長放緩有關。總體來看，承德市在經濟發展過程中會消耗大量水資源從而導致人均水資源生態足跡增加，但隨著科技創新能力的提高和節水技術的推廣應用，也可使人均水資源生態足跡控制在合理范圍內。

3 討論

3.1 與其他區域的水資源狀況對比

根據左其亭等[5]對黃河沿線9省區水資源的研究，發現在人均水資源生態足跡方面，黃河沿線省區中四川、陜西、山西、河南、山東人均水資源生態足跡較小，均在0.5 hm2/人以下，占比為55.56%。而在承德市11個區縣中，除隆化縣、灤平縣和雙灤區外，其余8個區縣均在0.5 hm2/人以下，占比達到72.73%，承德市水資源量的消耗情況低于黃河沿線省區。黃河沿線省區的用水結構和承德市相似，人均生活用水足跡所占比重最大，絕大部分區域占比超過70%。在人均水資源生態承載力方面，黃河沿線省區差異巨大，青海和四川在1.5 hm2/人以上，其余7省在0.5 hm2/人以下；而承德市全域在0.544 hm2/人以下，年際差異波動較小。在水資源生態盈虧指數方面，黃河沿線2省為可承載狀態，1省相對平衡，6省為生態赤字狀態；承德市除興隆縣外都為赤字狀態，水資源可持續性不容樂觀。總體來說，承德市水資源利用狀況稍劣于黃河沿線省區，水資源維持社會經濟發展的支撐力較差，可持續性較差。

將承德市的水資源利用狀況與其所在的京津冀地區（數據來源于筆者前期測算）進行對比（圖10），結果表明：承德市的水資源生態足跡在京津冀地區處于較高水平，水資源生態承載力整體上高于京津冀地區。在人均水資源生態足跡方面，秦皇島的年均人均水資源生態足跡最高，為0.662 hm2，其次為張家口（0.460 hm2）、唐山（0.379 hm2），其余9 市均集中在0.180～0.310 hm2之間；而承德市除隆化縣（最高0.720 hm2）和雙橋區（最低0.197 hm2）外，其余9區縣均處于0.280～0.530 hm2之間，整體高于京津冀地區水平，水資源形式較為嚴峻，需要注重經濟發展與水資源使用的協調性。在人均水資源生態承載力方面，在京津冀12 市中，秦皇島年均人均水資源生態承載力最高（0.131 hm2），其次為唐山（0.062 hm2）、滄州（0.054 hm2），其余9 市都處于0.010～0.040 hm2之間；而承德市各區縣中，除雙橋區（最低0.025 hm2）外，其余區縣均在0.050 hm2以上。承德市平均水平約是京津冀平均水平的3.3 倍，水資源可持續狀況在京津冀地區具有優勢。京津冀整體（包括承德）處于生態赤字狀態，水資源供需失衡，難以支撐社會經濟的良性發展。

圖10 承德市與京津冀地區多年平均水資源指標對比情況Fig.10 Comparison of multi-year average water resources indicators between Chengde and Beijing-Tianjin-Hebei region

川渝是我國頁巖氣開發的成熟地區，將承德各區縣2015年的人均水資源生態足跡/生態承載力與川渝地區187個縣進行對比（圖11），結果表明：川渝地區和承德的人均水資源生態足跡的分布范圍都比較分散，承德全部和川渝大部分縣的人均水資源生態足跡分布在0.1～0.8 hm2之間，差距較小。而兩地區的人均水資源承載力存在巨大差異，川渝地區水資源生態承載力明顯優于承德地區。承德各區縣的人均水資源生態承載力在0～0.4 hm2之間，而川渝各縣在0～130 hm2之間，相差幾到幾千倍。川渝地區在空間分布上存在顯著差異，雅安市、阿壩州、甘孜州和涼山州各縣的水資源承載力狀況較好，與當地的水資源總量和降水量較多、人口密度較小等多種因素有關。總體來說，承德市的水資源利用狀況與川渝地區相差甚遠，可持續性不容樂觀。

圖11 承德市與川渝地區多年平均水資源指標對比情況Fig.11 Comparison of multi-year average water resources indicators between Chengde and Sichuan-Chongqing region

3.2 政策啟示

通過研究承德市水資源利用格局及其與其他地區的橫向對比，可以得出如下政策建議。

1）承德市除興隆縣和圍場縣外，都面臨高到極高的水資源壓力，各區縣應落實節水優先，開展節水活動，從外部引入適量水源等；而承德市整體上年均水資源盈虧指數為0.070，基本能夠滿足市內發展需求，因此，建議承德市加強對本地水源的宏觀控制，統籌制定水資源配置方案，以合理分配地表水和地下水資源。除雙橋區外，各區縣水資源利用以生產用水為主，生態用水比例微乎其微，各區縣需要保障生態環境用水，恢復境內河道生態功能，優化產業結構，提高水資源利用效率等。通過對水資源利用影響因素研究發現經濟因素對水資源生態足跡的增加有促進作用，技術因素有抑制作用，因此，承德市在經濟快速發展的同時需要嚴格水資源管理，限制高耗水、高污染產業盲目發展，推動低耗水的科技型產業快速發展，對低耗水、高附加值產業和工業零排放企業實行傾斜政策；加大研發投入，推動科技創新，鼓勵相關單位研發和推廣新型節水技術（如污水處理技術、水資源再利用技術等）；深化科技合作，與當地高校等合作，加快科技成果轉化，推動產業結構升級。承德市平均水資源承載力約是京津冀平均水平的3.3 倍，水資源可持續狀況在京津冀地區具有一定優勢。對于京津冀地區整體來說，需要依賴于外流域調水，如用好南水北調中線；嚴控區域內河流開發利用強度，研究制定河流水資源開發利用管控指標；打破行政界限，統籌規劃，推進跨地區橫向生態補償。而承德市作為京津唐的重要供水源地，境內的水資源往往需要供給北京、天津，建議承德市保護好潮河、灤河上游水環境，同時建立更加合理的生態補償機制，進一步加大京津對承德供水區的補償力度。

2）在雙碳目標和可持續發展目標的雙驅動下，河北省煤改氣工程進度加快，但有限的常規天然氣儲量難以支撐日益增長的能源需求，頁巖氣等非常規天然氣開發勢在必行。目前冀北區域的頁巖氣資源主要分布在承德地區，而頁巖氣開發主要依賴高耗水的水力壓裂技術，這可能會進一步影響承德市的水資源利用局勢。目前冀北地區頁巖氣開發工作僅處于勘查階段，有關承德頁巖氣開發潛力的研究較少。因此，從水資源角度探究承德市頁巖氣的開發潛力具有現實意義。通過對承德市水資源進行綜合評價（表3），基于評價結果初步判斷各區縣的頁巖氣開發適宜性：在水資源約束方面，雙橋、雙灤和營子區都存在1個及以上的指標處于極大水平，開發頁巖氣容易受到水資源制約；隆化、灤平、平泉、興隆縣開發頁巖氣的適宜度一般；承德、寬城、豐寧、圍場縣3個水資源約束指標都在中下水平，較為適宜。在水資源生態足跡方面，隆化、雙橋、雙灤都存在1個或1個以上的極大（或極差）值，可持續性較差，開發頁巖氣適宜性較差；灤平、承德、平泉、寬城、豐寧、圍場適宜度一般；興隆和營子均處于中上水平，可持續性較好，較為適宜。綜合來看，雙橋區和雙灤區水資源可持續性最差，且這2個區位于承德市中心，人口密度高，不適宜重工業行業發展，水資源需求大，難以滿足頁巖氣開發的短時大量耗水需求，故不適宜進行頁巖氣開發；相較之下，豐寧、興隆和寬城縣水資源可持續性較好，草地和林地資源豐富，人口密度較小，較為適宜頁巖氣開發。此外，通過與頁巖氣開發成熟的川渝地區對比，發現承德市水資源承載力和川渝地區有較大差距，通過從頁巖氣開發區外部調水、壓裂返排液處理后循環利用、頁巖氣開發廢水無害化處理等方式可以在一定程度上緩解承德市未來在進行頁巖氣開發時的用水壓力。

表3 承德市各水資源指標綜合評價結果Tab.3 Comprehensive evaluation results of water resources indicators in Chengde

4 結論

本文基于水資源約束力、水資源生態足跡和水資源利用均衡性模型評價了承德市各區縣的水資源利用均衡性狀況及其影響因素，結論如下：

1）除興隆縣和圍場縣外，81.82%的區縣面臨高到極高的水資源壓力；SWP和GPR空間差異明顯，營子區SWP是隆化縣（最小）的9.50倍；雙橋、雙灤和營子區綜合水資源約束性較高，生產活動容易受到水資源制約，承德、寬城、豐寧、圍場縣約束性較小。生產用水生態足跡是承德市水資源生態足跡的主要組成部分，其次為生活用水足跡；除興隆縣外其余區縣呈現輕度水資源生態赤字，但承德市整體上基本能夠實現水資源供需平衡；在水資源生態足跡方面，隆化、雙橋、雙灤可持續性較差，興隆和營子可持續性較好。萬元GDP水資源生態足跡整體上呈下降趨勢，水資源利用效率向好；經濟因素能夠促進各區縣水資源生態足跡增長，技術因素則起到抑制作用。

2）承德市水資源狀況在京津冀城市群中較好，其水資源承載力約是京津冀平均水平的3.3倍，需要向外部供水，亟需制定更為合理的生態補償機制；與川渝地區相比，承德市水資源承載力狀況較差，開發頁巖氣面臨的用水壓力更大，雙灤區和雙橋區水資源可持續性最差，而興隆縣、寬城縣和豐寧縣則具有相對較好的頁巖氣開發前景。