潘元全， 张巧丽， 徐立燕

(江苏省水文水资源勘测局连云港分局， 江苏 连云港 222004)

水资源是基础性的自然资源，同时也是重要的经济资源与战略资源。近年来，随着经济的发展，水资源需求量日益增加，水资源短缺和水污染问题也越加严重。如今，水资源供需矛盾已经成为制约城市经济发展与现代化进程的重要因素，因此研究水资源利用与经济发展的协调关系十分重要。水资源利用与经济协调发展是资源节约型、环境友好型社会的具体体现。人类在生存和发展过程中利用自然资源，同时自然界为人类提供生命支持服务，这二者之间的关系可以用生态足迹模型来衡量。William和Wackemagel于1992年提出生态足迹理念[1]，通过量化人类对资源的利用情况来，反映人类生存与发展对自然生态的胁迫情况，进而表征可持续发展的程度。后来有学者将生态足迹模型引入水资源领域，水资源生态足迹的意义体现在2个过程，包括人类在生产生活中对水资源的消耗过程以及自然环境维持自身不断进化对水的需求过程。近年来，国内外学者对水足迹理论进行了充分的研究，包括水足迹的时空分布[2-3]、影响因素[4-5]、与产业结构的关系[6-7]、与消费模式的关系[8-9]等。本文将基于水足迹理论研究，基于脱钩理论从宏观层面构建连云港市水资源利用与经济发展的评价模型，探索2008—2017年连云港市水资源与经济发展的协调程度，为提高水资源利用效率，实行最严格水资源管理制度与“三条红线”控制及实现水资源可持续利用提供参考依据。

1 研究方法

1.1 水足迹理论及相关评价指标

1.1.1 水资源生态足迹计算模型

按照水足迹的概念，水资源生态足迹是指为了维持人们正常的生产生活，在特定人口和经济状况下，水资源消费以及消纳水污染所必须的生态生产性面积[10]。计算模型可表示为

(1)

式中：ECW为水资源生态足迹，hm2；N为人口数；ECw为人均水资源足迹，hm2·cap-1；γw为水资源的全球均衡因子；W为消耗的水资源量，m3；pw为水资源全球平均生产能力 ，m3·hm-2。

在水文学中，水资源的多年平均生产能力即多年平均产水模数，水资源的生产面积均衡因子等于全球水资源的生产面积的平均生态生产力除以各类生产物的生产面积的平均生态生产力。

1.1.2 水资源承载力计算模型

水资源承载能力是指在某一历史发展阶段，以可以预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维护生态环境良性发展为条件，经过合理的优化配置，水资源对该区社会经济发展的最大支撑能力[11]。

水资源生态承载力计算模型为

(2)

式中：ECW为水资源生态承载力，hm2；α为扣除维持生态环境的系数，一般取30%～60%；φ为水资源产量因子。

1.1.3 评价指标的选择

结合连云港市实际情况，考虑可操作性、可获取性等原则，选取与水足迹、水资源利用和经济发展相关的评价指标，主要有水资源利用效率、水资源压力指数、万元GDP水资源生态足迹3个指标。

(1) 水资源利用效率

用每立方用水量可以产出的国内生产总值表示水资源利用效率，数值越大，表示可以产出更多的国内生产总值，其计算公式为

(3)

(2) 水资源压力指数

以水足迹与水资源承载力的比值表示水资源压力指数，其计算公式为

(4)

当EPIw>1时，表明该区域的水足迹大于水资源承载力，水资源消耗量大于水资源可提供量，水资源供不应求；当EPIw=1时，表明该区域的水资源消耗与水资源可提供量达到平衡状态，水资源供需平衡；当EPIw<1时，表明该区域的消耗量小于水资源可提供量，水资源生态环境安全，水资源供小于求。

(3) 万元GDP水资源生态足迹

万元GDP水资源生态足迹是指单位GDP的水足迹，同样能够反映水资源的利用效率，以水足迹与万元GDP的比值来表示。值越小，表示产生单位GDP的水足迹越小，水资源利用效率越高，反之则越低，计算公式为

(5)

1.2 协调发展脱钩评价模型

脱钩最早是指在工业发展进程中，工业发展初期物质能耗总量随着经济总量的增长而增长，当到达某个特定阶段后则会出现反向变化，在实现经济增长的同时物质能耗的下降。按照单位GDP环境压力降低是否会引起环境压力总量的下降，“脱钩”类型主要可以分为相对脱钩和绝对脱钩。前者是指在经济发展时，对资源利用以及对环境压力以一种相对较低的比率增长，而绝对脱钩是指经济发展的过程中资源利用和环境压力的增长率在减小，尽管资源利用的总量变得越来越大。相对脱钩最先发生，在人为控制之下将最终转变为绝对脱钩。因此可以水足迹理论为基础，运用脱钩理论，从宏观上描述水资源利用与经济发展之间的关系。根据脱钩理论，水生态足迹与经济增长之间可以概括为2种关系：一种是水生态足迹随着经济增长而增长的耦合模型，另外一种是水生态足迹随着经济增长而减少的脱钩模型。水资源脱钩指数是指经济增长与水环境利用分离的程度。用水足迹衡量水资源利用变量，用GDP变化率衡量经济变量，引入Vehmast脱钩模型分析水生态足迹与经济发展的脱钩状况，计算式为

(6)

式中：T为脱钩指数；t、t-1分别为脱钩测算年份，GDPt、GDPt-1分别是第t期和t-1期末的地区国内生产总值；ECt、ECt-1分别是第t期和t-1期末的水足迹。

2 实例分析

2.1 区域概况

连云港市位于江苏省东北部，地处淮河流域沂沭泗河下游，地势由西北向东南由高到低，属于低山丘陵和平原地貌，境内河网发达，属暖温带南缘湿润性季风气候，兼有暖温带和北亚热带气候特征，四季分明，气候温和，光照充足，雨量适中。全市多年平均气温14.0℃。多年平均降水量897.4 mm。降水量年内分配不均，主要集中在汛期(5～9月)，多年平均汛期降水量约占全年总降水量的70%。降水量空间分布不均，由南向北递减。全市多年水面平均蒸发量为855.1 mm。

2.2 数据来源

本文中的所有数据来源于《连云港市统计年鉴》和《连云港市水资源公报》，包括人口总数、国内生产总值、人均用水量、产水模数、以及历年用水明细。根据用水特征，将用水账户细分为农业用水、工业用水、居民生活用水和生态环境用水4个子账户，其中居民生活用水包括农村居民用水和城镇居民用水。

3 结果分析

3.1 水足迹时间变化情况

根据计算，2008—2017年连云港市人均水足迹以及人均水资源承载力、水资源利用效率、水资源压力指数、水资源生态足迹变化情况如表1所示。为研究连云港市2008—2017年人均水足迹和人均水资源的变化趋势，绘制人均水足迹与人均水资源承载力变化图(图1)。

图1 2008—2017年连云港市人均水足迹与人均水资源承载力变化趋势

分析表1数据与图1，2008—2017年10年期间连云港市人均水足迹呈波动趋势，但变化幅度较小，平均值为1.01 hm2。人均水资源承载力变化较大，这是因为水资源承载力与当地水资源量关系密切，当地水资源量与降水量呈正相关关系， 2012年最大水资源承载力值，因为2012年水资源产量因子最大，是典型的丰水年。从水资源压力指数可以看出，由于计算水资源承载力时只考虑了当地水资源，2008—2017年10年期间连云港市水资源压力指数除了2012年小于1，其余年份均大于1，表示这10年期间有9年连云港市水资源消耗量大于水资源可提供量，连云港市用水主要依靠调引江淮水，利用本地水资源量较少。水资源利用效率值从2008年的33.25元/m3上升至2017年98.53元/m3，上升了196.33%。万元GDP的值在逐年减小，从2008年的0.50减小至2017年的0.17。从水资源利用效率和万元GDP水足迹2个指标的变化情况可以看出，连云港市用水效率处于逐年上升状态。

将水资源账户细分，连云港市水足迹由农业用水足迹、工业用水足迹、生活用水足迹以及生态用水足迹，根据历年用水量计算各账户人均用水足迹，其变化情况如图2所示。

表1 2008—2017年连云港市水资源生态足迹及相关指标系数

图2 2008—2017年连云港市各账户人均水足迹变化趋势

分析图2，可以看出，在各用水账户中，2008—2017年10年期间连云港市水足迹中农业用水足迹占比最大，历年来均达到75%以上，其次为工业用水，生态用水足迹占比最小。这是因为连云港市工业并不发达，农业生产是产业结构主要组成部分。

3.2 经济发展和水资源利用的协调关系

以水足迹表示水资源利用情况，GDP值表示经济增长情况，根据历年的水足迹与GDP，计算2008—2017年10年间连云港市的水足迹变化率与GDP变化率，通过式(6)计算脱钩指数，判断水资源与经济利用的协调关系，其结果如表2所示。

从表2可以看出，2008—2017年这10年期间，连云港市水资源利用与经济发展除了2011年处于不协调状态，其余时间处于协调状态，其中有4年处于优质协调状态。从水足迹变化率来看，10年期间有3年水足迹呈下降状态，2011年上升最大。从GDP变化率来看，2008—2017年这10年期间连云港市国内生产总值一直处于上升状态，2014年之前GDP变化率均在10%以上，从2014年开始，GDP增长趋势开始变缓，维持在9.3%左右变化。

4 结论和建议

本文基于水足迹理论构建脱钩评价模型，从宏观层面探索连云港市水资源利用与经济发展的协调关系，从当地水资源来看，水资源压力指数较大，用水主要依靠外调水，农业用水是水足迹的主要构成部分。2008—2017年，连云港市水资源利用效率不断上升，水资源利用与经济发展处于协调状态，为提高水资源利用效率，实现水资源利用与经济发展可持续发展，提出以下建议：

(1)农业用水是连云港市水足迹的主要构成部分，要大力推行节水农业，完善灌区取水输水等骨干以及田间配套工程，提高农业用水效率。

(2)水足迹中生态用水足迹占比极少，不利于改善生态环境。应调整用水结构，加大生态用水，保障地区的保水能力。

表2 2008—2017年连云港市水资源利用与经济增长协调关系评价

(3)落实最严格水资源管理制度，守住水资源“三条红线”，改善水环境质量。加快转变经济发展模式，加大对高能耗、高污染企业的管理，促进水资源可持续利用。

(4)为提高连云港市用水保证率，引江水北调已需常态化。