基于生态足迹法的郑州市水资源可持续利用分析
Analysis on Sustainable Utilization of Water Resources in Zhengzhou Based on Ecological Footprint Method
谭 力
（惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516003）
【来 源】 |
《437ccm必赢国际首页欢迎您学报》2022年第4期 P1-4页 |
【分 类 号】 |
TV213.9 |
【文献标识码】 |
doi：10.13681／j.cnki.cn41－1282／tv.2022.04.001 |
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工业技术->水利工程->水资源调查与水利规划 |
【关 键 词】 |
生态足迹法；水资源可持续利用；郑州市；研究模型；水资源承载力；生态盈余 |
【摘 要】 |
采用生态足迹模型对郑州市2003～2019 年的水资源生态足迹、水资源承载力、水资源压力指数以及生态盈余等进行了分析。 结果表明：郑州市生产用水生态足迹逐年下降，而生活和生态用水生态足迹逐年上升；郑州市水资源承载力呈下降趋势，生产、生活用水的水资源压力指数增大，生态赤字状况频出。所以，郑州市水资源利用情势不容乐观，应合理配置水资源，在保持经济发展的同时，加强生态文明建设。 |
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基于生态足迹法的郑州市水资源可持续利用分析
谭 力
（惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司，广东 惠州 516003）
摘 要：采用生态足迹模型对郑州市2003～2019 年的水资源生态足迹、水资源承载力、水资源压力指数以及生态盈余等进行了分析。 结果表明：郑州市生产用水生态足迹逐年下降，而生活和生态用水生态足迹逐年上升；郑州市水资源承载力呈下降趋势，生产、生活用水的水资源压力指数增大，生态赤字状况频出。所以，郑州市水资源利用情势不容乐观，应合理配置水资源，在保持经济发展的同时，加强生态文明建设。
关键词：生态足迹法；水资源可持续利用；郑州市；研究模型；水资源承载力；生态盈余
0 引言
20 世纪末，我国的水资源管理侧重于生产和生活用水，较少考虑生态用水需求，致使河流生态系统受到破坏，人与自然之间的矛盾不断增加。加之人们不合理地开发利用水资源，造成了水体恶化、水土流失、生态退化等生态环境问题。 于是，水资源可持续利用问题开始得到重视。 在水资源可持续利用分析研究中， 由于影响因素种类多且一些影响因素难以量化，造成评估结果的不确定性。 因此，选择合适的评估分析方法是合理、 客观分析水资源可持续利用状况的前提。 常用的水资源评估分析方法有密切值法、指标体系评价法、神经网络法等。 这些方法各有其优缺点，如密切值法能对多元－多属性－多指标对象的价值进行评估及优选， 但易造成指标权重系数偏差大，影响评价结果的准确性［1］；指标体系评价法能定量化指标值，但由于指标多样性，指标标准难以确定，且忽略了指标之间的关联性［2］；神经网络法考虑了指标之间的关联性，评估结果较为合理，但对数据要求极高且操作较难［3］。 生态足迹法是一种从生态角度衡量可持续发展程度的方法， 由于其计算简单、易于操作而得到了广泛应用［4－5］。
郑州市是河南省省会，位于华北平原南部、黄河下游，总面积7 567 km2。 郑州市人口基数大，水资源总量少， 作为国家中心城市和全国重要的交通枢纽城市， 水资源的匮乏严重制约着其经济社会的发展水平。 笔者试采用生态足迹法对郑州市2003～2019年的生产、生活和生态用水进行分析，旨在反映郑州市水资源可持续利用状况， 以期为其水资源规划和管理提供参考。
1 研究模型
1.1 水资源生态足迹模型
生态足迹反映一定区域生产、 生活所消耗的水资源总和，从而体现水资源的消耗水平［6］。 水资源生态足迹模型如式（1）所示。
式 中：EFW 为 水 资 源 生 态 足 迹，hm2；efw 表 示 人均水资源生态足迹，hm2／人；N 为人口数，万人；rw 为全球水均衡因子；W 为水资源用水总量，m3；Pw 为全球水资源平均生产能力，m3／hm2。
水资源生态足迹可以分为3 个方面［7］，其表达式为式（2）～式（4）。
式中：EFpw、EFlw、EFew 分别为生产、 生活和生态用 水 生 态 足 迹，hm2；efpwi、eflw、efew 分 别 表 示 人 均 生产、生活和生态用水生态足迹，hm2／人；Wi、Wl、We 分别为生产、生活和生态用水量，m3。
1.2 水资源承载力模型
水资源承载力反映区域水资源供给情况［8］，可表示为式（5）。
式中：EC 为水资源承载力，hm2；c 为水资源产量因子；Q 为水资源总量，m3。
1.3 水资源可持续利用评价指标
（1）水资源生态盈余。 从供给与需求关系分析，水资源的需求量与供给量的差值代表生态盈余或赤字［9］，可用式（6）表示。
若ED>0，则为生态赤字，说明该地区水资源过度开发利用；若ED<0，则为生态盈余，说明该地区水资源开发利用适当；若ED=0，则为临界状态，代表该地区水资源供需平衡。
（2）水资源生态压力指数EP。 水资源生态压力指数EP 用式（7）计算。
按照任志远等人研究中的等级划分［10］，当EP<0.5 时，表示区域水生态环境处于安全状态；当0.5≤EP<0.8 时， 表示区域水生态环境为较安全状态；当0.8≤EP<1 时， 表示区域水生态环境处于临界状态；当EP>1 时，表示区域水生态环境为不安全状态，此时水资源需求量大于供给量，水资源开发利用不健康。
2 计算结果分析
水资源公报数据具有较好的可靠性和代表性，能够合理地反映郑州市水资源可持续利用状况。 本研究以郑州市2003～2019 年的水资源公报中的水资源状况和相关经济社会统计数据为基础， 计算郑州市生态足迹与水资源承载能力。
2.1 水资源生态足迹分析
郑州市2003～2019 年生态足迹计算结果如表1所示。
表1 郑州市2003～2019 年生态足迹与水资源承载力
Tab.1 Ecological footprint and carrying capacity of water resources in Zhengzhou from 2003 to 2019
根据郑州市2003～2019 年生产、生活和生态用水情况，由生态足迹模型计算水资源生态足迹，并绘制人均生产、生活、生态用水生态足迹变化曲线，如图1 所示。
由图1 可知， 在郑州市水资源生态足迹3 个用水项中，生产用水生态足迹约占水资源生态足迹的67%，且呈下降趋势。 生活用水生态足迹约占水资源生态足迹的26%，且呈上升趋势。 这表明郑州市人民生活水平越来越高， 生活用水在水资源配置中的比重也越来越大。 生态用水比例最小，但可以看到，生态用水生态足迹在2003～2010 年逐年增大，2011 年突然减小，随后几年呈现平稳上升趋势。这是由于随着国家生态文明建设战略的提出， 郑州市在生态建设方面的投入也越来越大。
图1 郑州市2003～2019 年人均生产、生活、生态用水生态足迹示意图
Fig.1 Schematic diagram of per capita production， living and ecological water utilization footprint in Zhengzhou from 2003 to 2019
2.2 水资源承载力分析
根据郑州市2003～2019 年人均水资源生态承载力和年平均降水数据， 制作人均水资源承载力曲线及平均降水量变化曲线［11］，如图2 所示。
由图2 可知，郑州市水资源承载力变化较大，整体呈下降趋势。 2003 年、2011 年、2016 年的水资源承载力较大，2017～2019 年的水资源承载力较小。人均水资源承载力变化趋势与年降水量变化趋势基本一致，年降水量大的年份，人均水资源承载力就大，年降水量小的年份，人均水资源承载力就小。
图2 郑州市2003～2019 年人均水资源承载力及降水量变化曲线
Fig.2 Change curves of per capita carrying capacity of water resources and precipitation in Zhengzhou from 2003 to 2019
2.3 水资源可持续利用评价指标分析
2.3.1 水资源压力指数分析
根据上述生态足迹及人均水资源承载力计算结果，计算郑州市生产、生态、生活3 个方面的水资源压力指数，绘制相应变化曲线，如图3 所示。 由图3可知， 2003～2019 年，郑州市生产、生活、生态水资源压力指数变化趋势基本一致， 整体呈增加趋势［12］。其中，生产水资源压力指数高于生态和生活水资源压力指数。2012～2015 年与2018～2019 年，郑州市生产水资源压力指数高于0.5 且低于0.8，水生态环境处于较安全状态；2003～2011 年和2016 年生产水资源压力指数小于0.5，水生态环境处于安全状态。 就生活水资源而言，仅有2017～2019 年的压力指数高于0.5 且低于0.8， 水生态环境处于较安全状态；其余各年压力指数均低于0.5， 水生态环境处于安全状态。 生态水资源压力指数均低于0.5，水生态环境处于安全状态。 由此说明，郑州市用水水平已经进入一个新的阶段，生活用水和生态用水的水资源压力指数呈增加趋势，但合理分配水资源，在保证生活用水和经济发展的同时， 加大生态文明建设力度，促进人水和谐、人与自然协调发展仍然重要。
图3 郑州市2003～2019 年水资源压力指数变化图
Fig.3 Changes of water resources pressure index in Zhengzhou from 2003 to 2019
2.3.2 生态盈余分析
根据郑州市生态足迹和水资源承载力计算结果，进而计算生态盈余状况，如图4 所示。 由图4 可以看出， 郑州市2003～2012 年及2016 年水资源量较为充沛，基本能够满足人们生活、生产和生态用水需求。 其中，2003 年生态盈余达到0.063 3 hm2／人。该年降水量为1 016.5 mm， 水资源总量为21.061 8亿m2，在历年中均最高，充沛的降水和可利用水资源量使得2003 年水资源盈余最多。2012～2015 年与2017～2019 年水资源量不足，低于实际用水量，2017年赤字量最大，为0.018 4 hm2／人，降水量和水资源总量分别为524.1 mm、5.512 亿m2。
图4 郑州市2003～2019 年生态盈余变化情况
Fig.4 Changes of ecological surplus in Zhengzhou from 2003 to 2019
3 结语
利用生态足迹模型对郑州市2003～2019 年用水情况、水资源总量、年降水量等进行分析，得出如下结论：（1）郑州市生产用水足迹在水资源生态足迹中占比最大，为67%，其整体上呈现逐年下降的趋势；生活用水和生态用水生态足迹整体上逐年上升，表明近年来郑州市水资源配置发生了很大变化。（2）郑州市可利用水资源量越来越少， 但用水需求越来越大，水资源承载力整体下降，表明郑州市的水资源利用压力会越来越大。 （3）从水资源压力指数来看，郑州市水资源压力指数越来越大，2012 年之后的压力指数平均水平远高于之前，处于较安全状态；从生态盈余来看，2012～2019 年中，有7 年出现了生态赤字，郑州市水资源配置规划有待改善。
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Analysis on Sustainable Utilization of Water Resources in Zhengzhou Based on Ecological Footprint Method
TAN Li
（Huayu Water Resources and Hydropower Engineering Survey and Design Co.，Ltd. of Huizhou，Huizhou 516003， Guangdong， China）
Abstract： The ecological footprint model was used to analyze the ecological footprint of water resources，carrying capacity of water resources， water resources pressure index and ecological surplus of Zhengzhou from 2003 to 2019. The results showed that the ecological footprint of production water decreased year by year， while the ecological footprint of life and ecological water increased year by year. The carrying capacity of water resources in Zhengzhou showed a downward trend， which caused the increasing water resources pressure and the frequent ecological deficit. Therefore， the situation of water resources utilization in Zhengzhou is not optimistic. It is necessary to rationally allocate water resources and strengthen the construction of ecological civilization while developing economy.
Key Words: Ecological footprint method； sustainable utilization of water resources； Zhengzhou； research model； carrying capacity of water resources； ecological surplus
中图分类号：TV21
作者简介：谭 力（1993—），男，贵州平塘县人，工程师，硕士，主要从事水资源规划与评价工作。
[责任编辑 杨明庆]
