邢台市水资源生态足迹核算与预测研究

李玉平，王晓妍，朱 琛，乔瑞波

（1.邢台学院 地理系，河北 邢台054001；2.河北师范大学资源与环境科学学院，石家庄050016；3.邢台市第三十中学，河北 邢台054001）

生态足迹是探讨人类持续依赖自然以及为保障地球的承载力，支持人类未来生存的一种可持续评价方法［1］，用于衡量人类对自然资源利用程度以及自然界为人类提供的生命支持服务功能［2］。由于生态足迹的概念比较具体、形象，易于理解，其计算结果直观，计算方法可操纵性强，并具有区域可比性，可以较好地揭示自然和经济发展之间的关系，生态足迹已被全球广泛应用于区域可持续发展的评价［3－5］。水资源是一种同时具有经济价值和社会价值的自然资源，对维持生态环境和进行社会生产具有不可替代的地位和作用［6－7］。针对传统生态足迹计算模型中对水资源的价值描述不足的问题，黄林楠等［8－14］建立了水资源生态足迹模型，用来评价区域水资源开发利用程度和可持续利用潜力，并已被广泛用于区域水资源的评价。本文用水资源生态足迹模型对邢台市2001—2010年间水资源生态足迹和生态承载力进行计算和分析，并对水资源生态赤字进行预测，以期为邢台市区水资源开发利用和管理，实现水资源的可持续利用提供科学依据。

1 研究区概况

邢台市地处河北省南部，位于东经113°45′—115°50′，北纬36°45′—37°48′。东西长约185 k m，南北宽约90 k m，其面积12 456 k m2。东以卫运河为界与山东毗邻，西靠太行山与山西省相邻，南与邯郸市相连，北与石家庄、衡水市搭界。地势西高东低，西部为太行山地，向东逐渐过渡到丘陵区，东部为冲积平原区。属于暖温带大陆性季风气候，年日照实数2 500～2 650 h。地貌形态复杂，古河床和沙丘岗坡呈条状分布，并形成许多封闭洼地［15］。多年平均水资源总量为14.6亿m3，人均水资源占有量为220 m3，相当于河北省平均水平的70%，属严重缺水地区。邢台市区河川径流主要由大气降雨补给。近几年，由于降水补给河川径流和地下水量的减少，以地下水开采为主的缺水停工现象常有发生，郊区农业灌溉春旱期间“吊泵”现象更加频繁。为解决邢台市区水资源短缺，2004年邢台市政府投资建成了“引朱济邢”地表水输水工程，引水量5 000万m3，可保证市区的工业和生活用水［16］。邢台市区位于邢台市的西南部，是华北地区重要的工业、能源基地和京津冀地区的中心城市之一。邢台市地处环渤海经济区腹地，位于冀晋鲁豫四省要冲，是中原经济区的北方门户城市和连接东部沿海地区、华北地区和中原地区的重要交通枢纽城市。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

研究数据主要来自河北年鉴（2002—2011年）［17］、河北经济年鉴（2002—2011年）［18］、中国统计年鉴（2002—2011年）［19］和邢台市水资源公报［20］。

2.2 研究方法

2.2.1 灰色预测模型 灰色预测模型是对某一指标的发展变化情况所作的预测，其预测的结果是该指标在未来各个时刻的具体数值。具体计算方法如下［21］。

首先，设原始数据 X（0）有n个值，即X（0）＝｛X（0）（1），X（0）（2），X（0）（n）｝，灰色预测模型 GM（1，1）相应的微分方程为：，通过累加生成新序列X（1）＝｛X（1）（1），X（1）（2），…，X（1）（n）｝。α 和μ 可利

用

2.2.2 水资源生态足迹模型 根据水资源生态足迹的内涵和用水特性，将水资源利用水分为生活用水、生产用水和生态环境用水三大类进行计算，具体计算步骤［8］如下：

水资源生态足迹：

式中：EFw——水资源总生态足迹（h m2）；N——人口总 数；efw——人 均 水 资 源 生 态 足 迹 （h m2／cap）；γW——水资源的全球均衡因子，其取值为5.19；W——消耗的水资源量（m3）；pw——水资源全球平均生产能力（m3／h m2），其取值为3 140 m3／h m2［8］。

水资源生态承载力：是指某一区域在某一具体历史发展阶段，水资源最大供给量可供支持该区域资源、环境和社会可持续发展的能力，即水资源对生态系统和经济系统良性发展的支撑能力［8］。

式中：ECw——水资源承载力（h m2）；N——人口总数；ecw——人均水资源承载力（h m2／cap）；一区域水资源承载力中必须至少扣除60%用于维持生态环境，在水资源承载力的计算中必须按上述原则扣除维持生态环境的水资源量。因此，在计算水资源承载力时，要乘以系数0.4；φ——水资源产量因子，邢台市水资源产量因子为邢台市水资源平均生产能力与世界水资源平均生产能力的比值，计算结果为0.40；Q——水资源总量（m3）。

水资源生态赤字：将区域内水资源生态足迹和生态承载力相比较，就会得出水资源生态赤字或盈余，该指标可用来判断研究区域内水资源的可持续利用情况［8，11］。

水资源生态赤字（盈余）＝ECw－EFw

当ECw＜EFw时，为水资源生态赤字，表明邢台市区水资源处于不可持续状态；当ECw＝EFw时，为水资源生态平衡，或ECw＞EFw时，为生态盈余，这是有利于水资源可持续发展的。

3 结果与分析

3.1 邢台市水资源生态足迹、承载力及生态赤字（盈余）计算

依据上述方法，计算结果见表1。表1数据显示，2001—2010年邢台市区水资源生态足迹虽有波动，但总体呈下降趋势。2001年水资源生态足迹为0.029 2 h m2／人，到2004年水资源生态足迹增至0.032 5 h m2／人，到2010年降至为0.020 4 h m2／人，10 a间生态足迹减少了0.008 8 h m2／人。其中生产用水足迹大于生活用水，2005年农业用水达到了最高峰，然后逐渐减少，研究期内工业用水先增后减，林业用水先减后增，城镇用水出现波动，但大体也是减少；只有生活用水是呈上升趋势。以上变化趋势是因为工业、农业、林业用水技术的改进，资源的合理利用，用水量逐渐减少；生活用水呈现增加趋势主要是因为城市人口增长、居住和生活水平提高引起的。

邢台市人均水资源承载力也是基本呈下降趋势，从2001年的0.002 2 h m2／人降至2010年的0.001 3 h m2／人。在一定程度上水资源承载力受限于水文、气象、植被等自然资源因素，市区的水资源主要来自大气降水，水资源量具有随时间分布的不均匀性特点。研究期内，大气降水的减少是水资源承载力下降的主要原因［22－23］。

表1 邢台市水资源人均生态足迹计算结果 h m2／人

由表1还可以看出，2001—2010年邢台市的水资源生态赤字呈波动状态且为负值，从2001年的－0.027 0 h m2／人降至2004年的－0.030 0 h m2／人，又增至2010年的－0.019 1 h m2／人。2001—2004年生态赤字持续上涨，由于当时人们不注意水资源合理利用，缺乏生态保护观念，而且耗水量大的工业多，农业生产又常大水漫灌，造成水资源浪费，生态赤字严重。2005—2010年，水资源生态赤字逐年增大，但还是处于生态赤字状态，说明邢台市的水资源利用情况正在趋向于合理，同时说明邢台市水资源的集中和综合利用率有待开发新的技术，邢台市区水资源不足以承载邢台市区的工业、农业、生活等用水。

3.2 邢台市水资源生态赤字（盈余）的预测

根据计算结果，采用灰色预测GM（1，1）模型对邢台市未来的水资源生态赤字（盈余）进行预测，其预测结果是该指标在未来各个时刻的具体数值。具体计算方法在此不再赘述，可参考相关文献［21］，预测公式如（1）—（2），预测结果如图1所示。

式（1）是预测的基础公式，由（1）式对一次累加生成数列的预测值代入式（2）可以求得原始数据的还原值。

预测结果显示，生态赤字2011年为－0.020 92 hm2／人，以后逐年增至到2019年的－0.015 05 hm2／人，意味着在科学技术水平提高和人们节水意识增强的基础上，邢台市水资源综合合理利用水平提高，水资源生态足迹呈下降趋势，水资源承载力水平呈上升趋势。但水资源仍处于生态赤字状态，今后一定时期形势仍较严峻，在利用过程中有待提高节水技术和意识。

图1 邢台市水资源生态赤字／盈余预测

由于本次研究的年限比较长，某些年份数据暂时缺失，且一时难以获得。但本次研究只是分析大概趋势，而且数据本身处于波动状态，并且出现转折点的数据全部包括在其中，计算结果不影响总体生态足迹的变化趋势。本次研究只分析了市区水资源生态足迹，没有分析全市域水资源生态足迹。在计算邢台市区水资源生态足迹过程中没有考虑生态用水的生态足迹，随着经济社会的发展，生态用水将是一个不容忽视的问题，水污染造成的环境损失以及治理水污染的投入对于区域可持续发展是一个严峻的挑战。

4 结论

通过水资源生态足迹模型和生态承载力模型，计算得到邢台市区人均水资源生态足迹和水资源生态承载力，通过水资源生态赤字（盈余）灰色模型预测，分析邢台市水资源综合利用的发展趋势。结果显示：（1）2001—2010年邢台市水资源生态足迹总体呈下降趋势。2001年水资源生态足迹为0.029 2 h m2／人，到2010年降至为0.020 4 hm2／人，10 a间生态足迹减少了0.008 8 h m2／人。其主要原因为工业、农业、林业用水技术的改进，资源的合理利用，用水量逐渐减少；邢台市水资源承载力也是基本呈下降趋势，从2001年的0.002 2 hm2／人降至2010年的0.001 3 hm2／人。其主要原因为区域内降水量的减少；2001—2010年邢台市的水资源生态赤字呈波动状态且为负值，从2001年的－0.027 0 h m2／人增至2010年的－0.019 1 h m2／人。由于科学技术水平的提高和人们节水意识增强，水资源利用与管理正在逐渐趋于合理。（2）生态赤字预测结果为2011的－0.020 92 h m2／人，以后逐年增至2019年的－0.015 05 h m2／人。水资源的可持续水平逐渐趋向合理，但水资源仍处于生态赤字状态，今后一定时期形势仍较严峻。

综上所述，邢台市区水资源利用情况一直处于不可持续状态，所以今后应进一步开发新技术做好水资源管理，促进水资源合理利用与开发。其具体措施一方面优化水资源配置，防止水质污染，实行全面节水；另一方面充分发挥现有的各种引蓄水工程的作用，南水北调中线工程实施，是解决邢台市水资源危机的根本措施［22－23］。

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