(泰州市水资源管理处，江苏 泰州 225300)

水是生命之源、生产之要、生态之基，水资源的可持续利用是经济社会高质量发展的重要前提。水生态足迹是指人类开发和生产生活所消耗水资源的过程和自然环境维持自身不断进化对水的需求过程，是一种衡量人类对水资源利用程度以及水资源为人类提供生命支持服务功能的方法，可操行性强、结果直观、具有可比性，广泛应用于水资源和经济发展可持续发展评价中[1-5]。脱钩模型主要用于研究资源环境和经济发展之间不再互相依赖的程度和方向，随着经济社会高质量发展和生态环境高水平保护协同推进，通过脱钩理论研究水资源利用和经济发展协调关系的案例也日益增多[6-10]。

泰州市地处江淮流域，降水年内集中、年际变化大，当地水资源短缺，随着经济发展对水资源需求的不断提高，水资源可持续利用是迈向高质量发展之路的重要支撑。本文通过定量比较2011—2019年泰州市及市区的水生态足迹和承载力，结合水生态压力指数、水资源负载指数、万元GDP水生态足迹以及脱钩指数等，综合分析水资源利用与经济发展的协调关系，以期为泰州市水资源科学管理以及高质量发展评估提供一定的参考依据。

1 研究区概况

泰州市位于江苏省中部，境内以新通扬运河和老328国道沿线控制建筑物为界，以北属淮河流域，以南属长江流域。下辖靖江市、泰兴市、兴化市3个县级市，城区为海陵区、姜堰区和泰州医药高新区(高港区)。兴化属淮河流域，泰兴和靖江属长江流域，城区以江淮分水线为界分属长江和淮河流域。受东亚季风环流的影响，泰州市雨热同期，降水主要集中在汛期，水域面积占总面积的22.15%，水资源少且时空分布不均。长江横穿全境，13座重点闸站可控制90%以上的引排水量。

2 研究方法

2.1 水生态足迹和水生态承载力

水生态足迹是指一定的人口和经济规模条件下维持水资源消费和消纳水污染所需的生物生产性土地面积，包括淡水资源生态足迹、水产品生态足迹和水污染生态足迹，分别反映人类在生产生活过程中对淡水资源的消费、水产品对水资源的占用、稀释污水对水资源的消耗。因水体同时具备水质净化和水产养殖两种功能，为避免重复计算，选取水产品和水污染中较大值作为共同产生的生态足迹[1]。计算公式为

(1)

式中：F、F1、F2、F3分别为水生态足迹、淡水资源生态足迹、水产品生态足迹和水污染生态足迹，hm2；N为人口数，人；f1、f2、f3分别为F1、F2、F3的人均值，hm2/人；r1、r2分别为全球水资源均衡因子、中国平均水域均衡因子，分别取5.19、0.35；W1为水资源消耗量，m3；W2为水产品消费量，t；W3为水污染稀释净化需水量，m3；W4为污染物排放量，t/a；a1、a2分别为全球水资源平均生产能力、全球水产品平均生产能力，分别取3140m3/hm2、0.18t/hm2；i为污染物综合降解系数，0.25/d；j为水质目标浓度，mg/L。设定水质目标为Ⅲ类，选取水体污染物为化学需氧量COD，根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，Ⅲ类水质标准的COD含量上限为20mg/L。

水生态承载力是指在维持水生态系统自身及其支持系统健康的前提下，基于一定的生态保护和承载目标，自然水生态系统所能支撑的人类活动的阈值[1]，计算公式为

(2)

式中：C为水生态承载力，hm2；c为人均水生态承载力，hm2/人；0.4指扣除60%用于维持生态环境系统健康的水资源量后剩余40%的水资源量；y为水资源产量因子；Q为水资源总量，m3；z为多年平均单位面积产水量，m3/hm2。

2.2 可持续利用评价指标

水生态压力指数可衡量社会经济系统对区域水资源压力强度的相对大小[1]，计算公式为

(3)

式中：B为水生态压力指数，B=1，水资源供需平衡；B<1，水资源开发利用可持续；B>1，水资源开发利用不可持续;f为F的人均值,hm2/人。

水资源负载指数可反映水资源的时空分布、利用程度及水资源开发利用的难易程度[2]，计算公式为

(4)

(5)

式中：u为水资源负载指数，分级指标见表1；k为与降水有关的系数；R为降水量，mm；G为地区生产总值GDP，亿元。

表1 水资源负载指数分级指标

2.3 水资源利用与经济发展的脱钩关系

万元GDP水生态足迹可反映水资源利用与经济增长的关系[1]，计算公式为

(6)

式中：D为万元GDP水生态足迹，hm2/万元。

脱钩指数可刻画脱钩程度和方向，选取水生态足迹和GDP作为衡量水资源利用和经济发展的指标，利用Tapio模型计算水生态足迹对GDP的脱钩指数，脱钩程度可有效反映水资源利用和经济发展的协调关系[11]。计算公式为

(6)

式中：v为水生态足迹对GDP的脱钩指数，分级指标见表2；ΔF为水生态足迹增长率；ΔG为GDP增长率。

强脱钩状态是最优状态，指在一定的经济规模、经济结构和技术水平条件下，可用最小的水资源代价实现经济的最优发展；强负脱钩状态是最不利状态，指水资源保障和经济发展同时恶化，经济萎缩时水资源消耗量却增加；其他状态处于强脱钩和强负脱钩之间，表示水资源利用与经济发展处于不充分协调状态。

表2 水资源利用与经济发展的脱钩界定

3 结果与分析

本文研究数据中水资源消耗量、水资源总量、降水量等来自2011—2019年《泰州市水资源公报》，多年平均单位面积产水量来自《泰州市水资源调查评价》，水产品消费量、GDP、人口等来自2011—2019年《泰州统计年鉴》，COD排放量来自2011—2019年《泰州市环境状况公报》。

3.1 水生态足迹和水生态承载力分析

根据水资源消耗量、水产品消费量、COD排放量、人口等，通过式(1)计算人均水生态足迹，结果见表3和图1。由表3和图1可知，泰州市人均水生态足迹呈下降趋势，2019年比2011年下降了12.0%，人均水生态足迹均值为1.10hm2/人。各市区人均水生态足迹由大到小依次为兴化、泰兴、城区、靖江；除靖江外，各市区均呈波动下降趋势，下降率由大到小依次为泰兴、兴化、城区。泰州市淡水资源生态足迹是水生态足迹的主体部分；淡水资源生态足迹呈下降趋势，与近年来实行最严格水资源管理制度、推进节水型社会有关；水污染生态足迹在水生态足迹中占比最小，呈下降趋势，与近年来打好污染防治攻坚战、实施水污染行动计划、限制污水排放总量、治理黑臭水体等有关；水产品生态足迹呈上升趋势，与水产品产量逐渐增加有关。靖江人均淡水资源生态足迹呈缓慢上升趋势，主要是因为国信靖江发电有限公司2014年建成投产后发电量和用水量逐年增加。各市区中城区人均水污染生态足迹最大，主要是因为人口密集、工业企业相对较多；兴化人均淡水资源生态足迹和人均水产品生态足迹最大、人均水污染生态足迹最小，主要是因为兴化为重要的农业种植和养殖区，水资源利用方式相对粗放。

图1 泰州市人均水资源生态足迹

表3 泰州市人均水生态足迹和人均水生态承载力均值 单位：hm2

根据水资源总量、多年平均单位面积产水量、人口等，通过式(2)计算人均水生态承载力，结果见表3和图2。由表3和图2可知，泰州市人均水生态承载力较低，年际波动，均值为0.344hm2。各市区人均水生态承载力由大到小依次为兴化、靖江、泰兴、城区。兴化人均水生态承载力最高，主要是因为兴化为淮河流域“锅底洼”地区，水域面积占41.8%，水资源禀赋条件好；靖江、泰兴和城区，人均水生态承载力相差不大。

图2 泰州市人均水生态承载力

3.2 水资源可持续利用分析

根据水生态足迹和水生态承载力，通过式(3)计算水生态压力指数，结果见表4和图3。由表4和图3可知，泰州市水生态压力指数很高，年际波动，均值为4.4，说明泰州市的本地水资源不能满足当地用水需求、利用不可持续，受到威胁较大；各市区水生态压力指数由大到小依次为兴化、泰兴、城区、靖江。泰州市本地水资源禀赋与经济发展的冲突形势严峻，本地水资源不足且时空分布不均，水资源消耗量大于供给量，本地水供应再生能力难以支撑经济社会发展所需，用水需要依靠过境水，符合目前泰州饮用水水源地为长江的实际。

表4 泰州市可持续利用评价指标均值

图3 泰州市水生态压力指数

图4 泰州市水资源负载指数

根据降水量、人口、GDP、水资源总量等，通过式(4)、式(5)计算水资源负载指数，结果见表4和图4。由表4和图4可知，泰州市水资源负载指数很高，年际波动，均值为52，说明泰州市本地水资源利用程度很高，以后的开发潜力不大；各市区水资源负载指数由大到小依次为城区、靖江、泰兴、兴化。泰州市水资源开发利用率较高，本地水资源利用不容乐观，以后的开发潜力不大，为保证生产生活正常运行，对引用及利用长江水有较高要求。

3.3 水资源利用与经济发展协调分析

根据GDP和水生态足迹等，通过式(6)计算万元GDP水生态足迹，结果见表5和图5。由表5、图5可知，泰州市万元GDP水生态足迹呈逐年下降趋势，2019年下降到2011年的58%，均值为0.144hm2，水资源利用率逐步提升。各市区万元GDP水生态足迹由大到小依次为兴化、泰兴、城区、靖江，各市区下降率由大到小依次为泰兴、城区、兴化、靖江。兴化历年值最大，用水效率最低，下降幅度较小；泰兴历年值较大，下降幅度最大，用水效率提高最快；靖江历年值最小，用水效率最高，下降幅度最小。

根据GDP和水生态足迹等，通过式(7)计算脱钩指数，结果见表6。由表6可知，泰州市水资源利用与经济增长基本处于强脱钩状态，水资源利用与经济发展趋于协调状态。各市区水资源利用与经济增长均处于脱钩状态，但协调关系差异明显，由好到差依次为泰兴、城区、兴化、靖江。泰兴基本为强脱钩，水资源利用与经济发展关系趋于协调；城区和兴化为强脱钩和弱脱钩交替出现，水资源利用与经济关系协调关系改善明显；靖江基本为弱脱钩，经济社会发展对水资源有所依赖。2014年靖江出现强负脱钩，主要是因为国信靖江发电有限公司建成后用水量增加，且2014年GDP较2013年略有下降；2019年兴化和靖江出现弱负脱钩，主要是因为泰州市要求减少煤炭消费总量和落后化工产能，钢铁、建材、化工等行业的部分企业限产停产，经济增长速度放缓，GDP增长率平缓降低。

泰州市万元GDP水生态足迹逐年下降、水资源利用率越来越高，主要是因为近年来走资源节约型、环境友好型的生态经济发展新道路：ⓐ积极落实最严格的水资源管理制度并将其列入政府目标绩效考评体系，将用水总量、用水效率、水功能区限制纳污等控制指标作为考核奖惩和责任追究的依据；ⓑ支持传统产业改造、推进产业转型升级，原有化工、钢铁、印染等高水耗、高污染产业向大健康产业、先进制造业、现代服务业等聚力转型，改变粗放用水方式，开展节水型载体和节水型工业园区创建，以水生态足迹的负增长保障了GDP的正增长；ⓒ推行国家节水行动，如泰州市2014年创成全国节水型社会建设示范区、2019年创成全国水生态文明建设试点、2020年创成国家生态文明建设示范市，姜堰、靖江、泰州医药高新区(高港区)、泰兴、兴化均创成江苏省节水型社会示范区，兴化、泰兴、姜堰、泰州医药高新区(高港区)先后创成国家级节水达标县，城区创成国家级节水型城市，进一步提高了水资源利用效率、推动了经济转型发展。泰州市水资源利用与经济发展逐步趋向于强脱钩、协调关系趋向于良好状态发展，经济发展对水资源的依赖程度不断降低。但仍存在水资源地区分布与人口、经济等社会条件不相匹配，经济发展较好的靖江水资源状况较差，水资源条件优越的兴化经济发展较为落后等问题。

表5 泰州市万元GDP水生态足迹均值

图5 泰州市万元GDP水生态足迹

表6 泰州市水资源利用与经济发展的脱钩关系

4 结 语

本文基于水生态足迹理论和脱钩指数，分析了2011—2019年泰州市及市区的水资源可持续利用、水资源利用与经济发展协调关系等，研究成果可为泰州市高质量发展提供决策依据，也可为长江、淮河流域及其他地区的水资源可持续利用与经济协调发展提供经验借鉴和参考。

为实现水生态系统和经济社会的可持续发展，泰州市要通过开源节流做好区域水资源统筹调配，优化水资源利用模式，实现城市发展规模、人口规模、产业结构和布局等经济社会发展要素与水资源承载能力相协调。在保障供水需求方面，需加大水利设施建设和维护力度，缓解极端天气造成的水资源生态承载压力，在利用好本地水资源的基础上，合理引用和利用过境长江水，逐步降低本地水资源的开发利用强度。在控制水资源消耗总量和强度方面，要对长江流域和淮河流域建立不同的节水模式，长江流域地区要加强技术交流与合作，推进产业转型升级，引导产业有序转移，打造核心竞争优势，淘汰污染严重企业；淮河流域地区要加大产业结构调整力度，进一步优化农作物和渔业养殖的规模和结构，推广智慧灌溉技术、发展节水农业，减少淡水资源消耗。