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）

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。