李逢港 刘 伟# 董战峰 贾植杰 李沁芮
(1.成都信息工程大学资源环境学院，四川 成都 610225;2.生态环境部环境规划院，北京 100012)
水资源是一切生物赖以生存发展的基础，对区域社会经济的稳定发展有着至关重要的作用[1-3]。2019年中国人均水资源量为2 074 m3，不足世界人均水平的1/3[4]，实现水资源的可持续利用迫在眉睫。联合国发布的《变革我们的世界：2030可持续发展议程》确定了17项可持续发展目标，其中目标6：清洁饮水和卫生设施即是确保所有人用水和卫生设施的可用性和可持续管理[5]。在全球可持续发展的背景下，中国积极实施国家节水行动，提高用水效率，推动水资源可持续利用。水资源可持续利用逐步成为社会关注的热点问题[6-7]，而水资源可持续利用评价是水资源可持续管理的基础和前提，对水资源合理开发、利用、管理和保护具有指导作用。
目前有关水资源可持续利用评价的研究取得了一定进展。KANG等[8]、ZHOU等[9]从环境保护、维护能力、经济效率、社会公平角度出发，对韩国金河流域、中国金沙江流域开展了水资源可持续性评价;GAO等[10]、YU等[11]、IORIS等[12]从环境、经济、社会层面建立水资源综合管理指标体系，探索评价了山东省、北京市、苏格兰迪河和巴西西诺斯河水资源可持续利用情况;RYU等[13]选取径流、耕地面积、森林面积、居住和工业用地等指标来评价美国某平原的水资源情况;有学者基于可持续发展理论，从水资源状况、水资源开发利用水平、生态环境和社会经济等方面构建了评价指标体系，并对中国大陆三大经济带、福建省及淮河流域水资源可持续利用水平进行了评价[14-16]。水资源生态足迹是评价水资源可持续利用水平的重要工具，目前研究主要从资源-环境-社会-经济、水资源开发-基础设施利用等层面建立指标体系，尚缺少与水资源生态足迹指标相结合，明晰人口和经济对水资源需求影响的评估体系。四川省是长江上游重要水源涵养地和黄河上游重要的水源补给区，其水资源可持续利用水平对筑牢长江黄河上游生态安全屏障、推动长江经济带和黄河流域高质量发展具有重要意义。本研究以四川省为例，结合水资源生态足迹指标，以压力-状态-响应(PSR)模型为框架建立水资源可持续利用评价指标体系，运用熵权法和综合指数法评估四川省水资源可持续利用水平，以期丰富水资源可持续利用评价指标体系的构建方法，同时为协调生活、生产经营和生态环境用水需求提供科学支撑。
四川省位于我国西南部，地理位置界于26°03′N～34°19′N，97°21′E～108°12′E。全省东西长1 075 km，南北宽921 km，共辖18个地级市、3个自治州。全省水资源多年平均为2 615.48亿m3，但由于时空分布不均，易形成季节性缺水和区域性缺水。
2.1 水资源生态足迹计算方法
水资源生态足迹用于衡量四川省一定人口和经济对水资源的需求能力[17-18]。根据用水类型，将水资源生态足迹分为生产用水、生活用水、生态环境用水3类并依据式(1)进行计算。利用单位国内生产总值(GDP)水资源生态足迹来衡量四川省水资源利用效率[19]，按式(2)进行计算。
EFW=N×efW=N×γW×(W/PW)
(1)
TSW=EFW/G
(2)
式中：EFW为水资源生态足迹，hm2;N为人口总量，人;efW为人均水资源生态足迹，hm2/人;γW为水资源全球均衡因子;W为人均消耗的水资源量，m3/人;PW为水资源全球平均生产能力，m3/hm2;TSW为单位GDP水资源生态足迹，hm2/万元;G为GDP，万元。
2.2 水资源生态承载力计算方法
水资源生态承载力表示水资源能够维持该区域人口和经济可持续发展的能力[20-21]，计算方式见式(3)。
ECW=N×ecW=0.4×ψ×γW×(Q/PW)
(3)
式中：ECW为水资源生态承载力，hm2;ecW为人均水资源生态承载力，hm2/人;ψ为水资源产量因子;Q为水资源总量，m3;0.4为除去维持生物多样性和生态自身发展的水资源系数。
2.3 水资源生态盈余计算方法
利用水资源生态盈余(EDW，hm2)评价四川省水资源的可持续利用状况[22]，EDW在数值上为水资源生态承载力与水资源生态足迹之差。若EDW>0，表示水资源为生态盈余;若EDW<0，则表示水资源为生态赤字;若EDW=0，则生态平衡。
2.4 水资源可持续利用评价方法
PSR模型是目前应用较多、普适性较好的环境经济系统关系框架模型[23]。遵循科学性、不重复性、可操作性等筛选原则，从压力、状态、响应3个方面筛选主要指标，并综合水资源生态足迹指标(水资源生态足迹、水资源生态盈余)构建了水资源可持续利用综合评价指标体系，采用极差标准化方法，对指标进行标准化处理，采用熵权法[24]对各指标权重进行赋值(见表1)，将标准化处理后的指标按照其对应权重进行加权求和，可得压力指数、状态指数、响应指数及综合评价指数。
表1 水资源可持续利用综合评价指标体系Table 1 Comprehensive evaluation index system for sustainable utilization of water resources
2.5 数据来源
水资源总量、生产用水量、生活用水量、生态环境用水量等数据来源于2010—2019年四川省水资源公报，人口及社会经济等数据来源于2011—2020年四川省统计年鉴、中国环境统计年鉴。水资源生态足迹计算参数参考文献[25]的研究结果，其中γW取值为5.19;PW取值为3 140 m3/hm2;ψ取值为1.76。
3.1 四川省水资源生态足迹与生态承载力
2010—2019年四川省人均水资源生态足迹、生态承载力计算结果见表2。2010—2019年，人均水资源生态足迹总体呈上升趋势，最高值出现在2015年，为0.534 9 hm2/人，主要由2015年生产生活用水量较大导致，约占全省总用水量的98%。2010—2019年，四川省人均水资源生态承载力总体呈“W”型波动趋势，2012年最高，这可能与2012年四川省降水量高于其他年份，水资源总量明显增大，水资源量受自然因素影响明显有关。总体来说，四川省自2011年以来开展节水型社会建设，在水资源利用方面，改良工业农业节水技术，水资源利用率不断提高，在社会生活方面，居民节水意识日益增强，历年人均水资源生态承载力均大于人均水资源生态足迹，水资源余量可供四川省社会经济发展的需要。
表2 人均水资源生态足迹、生态承载力Table 2 Water resources ecological footprint and ecological carrying capacity per capita hm2/人
四川省2010—2019年各用水账户生态足迹占比见图1，三次产业用水量占比见图2。人均生产用水足迹在人均水资源生态足迹中年均占比为84.33%，其中2010年占比最高，为88.10%。10年间第一产业用水量在生产用水总量中占比最大，可见大力推进农业节约用水十分重要。人均生活用水足迹从2010年0.052 1 hm2/人上升到2019年0.082 7 hm2/人，增加了58.73%。人均生态环境用水足迹整体呈上升趋势，由2010年的0.004 3 hm2/人增加到2016年的0.011 8 hm2/人，2017—2018年出现小幅下降;人均生态环境用水足迹在人均水资源生态足迹中占比最小，约为2%，建议可适当增加生态环境用水量，促进生态环境改善。
图1 各用水账户生态足迹占比Fig.1 Proportion of ecological footprint of each water account
图2 三次产业用水量占比Fig.2 Proportion of water consumption of the three industries
3.2 四川省水资源生态盈余时空变化
2010—2019年四川省各市州人均水资源生态盈余见表3。从时间演进来看，四川省人均水资源生态盈余呈“W”型波动变化，其中，从2015年开始缓慢上升一直持续至2018年，2019年由于水资源生态承载力减小导致生态盈余下降，但与2010年相比增长了2.15%。在全省范围内，攀枝花、遂宁、自贡三市的人均水资源生态盈余在2010—2019年下降较为明显，攀枝花市下降幅度超过60%。原因是攀枝花市产业较发达，以装备制造、能源化工为主，需水量大，水资源生态足迹大，而遂宁市、自贡市为水资源缺乏区，以农业生产为主，耗水量大，水资源开发率较低，所以水资源生态盈余降低。从四川省水资源生态盈余空间分布来看，2010、2013、2016、2019年人均水资源生态盈余在市州间呈现出明显差异。西部高原区阿坝州、甘孜州人均水资源生态盈余较大，雅安市、凉山州及攀枝花市次之，东部盆地人均水资源生态盈余较小，成都市、德阳市、遂宁市及内江市在2016年出现生态赤字，水资源生态足迹与生态承载力间矛盾突出。水资源生态盈余的区域差异与地区水资源量及经济发展水平有关，西部地区水资源量较东部更为丰富，经济发展水平相对较低，水资源生态盈余较大。
表3 人均水资源生态盈余Table 3 Water resources ecological surplus per capita hm2/人
3.3 四川省水资源可持续利用综合评价结果
四川省水资源可持续利用压力指数、状态指数、响应指数及综合评价指数结果见表4。综合评价指数最小值为2015年的0.109 6，最大值为2019年的0.212 1，这是由于2015年压力、状态、响应指数均较低，尤其状态指标中人均水资源量在10年间处于最低水平，而人均水资源生态足迹为历年最高，水资源开发利用程度增强所致。2010—2019年，综合评价指数虽有波动，但总体呈上升趋势，表明四川省水资源可持续利用水平有所提升。整体上看，2010—2019年间压力指数有所下降，状态指数呈上升趋势，响应指数不断增长，表明四川省为推进水资源可持续利用开展的工作成效显著。
表4 水资源可持续利用综合评价结果Table 4 Evaluation results of sustainable utilization of water resources
4.1 结 论
(1) 2010—2019年，四川省人均水资源生态足迹总体呈上升趋势，各用水账户中，生产用水生态足迹占比较大(年均占比84.33%)，其次为生活用水生态足迹，生态环境用水生态足迹占比最小。人均水资源生态承载力较高，年际间有一定的波动。人均水资源生态盈余呈“W”型波动变化，累计增长2.15%。全省范围内，人均水资源生态盈余空间分布上呈明显差异，西部地区人均水资源生态盈余高于东部地区，成都市、德阳市、遂宁市及内江市在2016年出现生态赤字。
(2) 四川省水资源可持续利用综合评价指数在2010—2019年有一定波动，但总体呈上升趋势。整体上看，2010—2019年压力指数有所下降，状态指数呈上升趋势，响应指数不断增长，表明四川省为推进水资源可持续利用开展的工作成效显著。
(3) 研究将水资源生态足迹指标与PSR模型相结合，为后续协调生活、生产和生态环境用水需求的水资源可持续性利用评价提供了参考。由于水资源系统在人口增长、经济发展、气候变化等压力影响下日趋复杂化，其可持续性利用度量具有不确定性，多种复杂因素动态影响有待进一步深入研究。
4.2 建 议
(1) 加强水资源高效利用。生活用水、生产用水、生态环境用水是主要的用水账户，提高3个账户的用水效率即可促进水资源利用。生活用水方面，实行集中供水、一水多用提高用水效率;生产用水方面，建议出现生态赤字的地区限制高耗水和低效用水产业发展，推进污水截流、收集、纳管，将处理后污水资源化利用，提高污水再生利用率，减少单位GDP水耗，同时积极提高第三产业占比，提高状态和响应指数;生态环境用水方面，通过收集雨水和中水回用以提高水资源生态承载力和水资源生态盈余。
(2) 全面推进节水型社会建设。加强农业节水，遏制农业粗放用水，积极发展节水灌溉工程，通过技术改造提高节水能力;加强工业节水，加强用水定额管理，推广中水回用，提高工业用水重复利用率;加强城镇节水，推广节水器具，控制管网跑冒滴漏，不断提升城镇供水、用水设施的节水能力，改善水资源供需矛盾，减少水资源生态足迹。
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