济南市水资源生态足迹计算与水环境压力分析（可编辑）

济南市水资源生态足迹计算与水环境压力分析（可编辑） 济南市水资源生态足迹计算与水环境压力分析 山东师范大学硕士学位论文 学号:2007020878 姓名:李艳娟 : Email :124kate@163 所在学院:人口?资源与环境学院 山东师范大学硕士学位论文 单 位 代 码 10445 学 号 2007020878 分类 号 P942 硕 士 学 位 论 文 论文题目济 南市水资源生态足迹计算与水环境压力分析 学科专业名称自然地理学 申 请 人 姓 名李艳娟 导 师 姓 名郑昭佩 副教授 论文提交时间2010 年 4 月 3 日 山东师范大学硕士学位论文 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。 据我所知, 除了文中特别加以标注和致谢的地方外, 论文中不包含其 他人已经发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 或撰写过的研究成果, 也不包含为获得 (注: 如 没有其他需要特别声明的, 本栏可空) 或其他 教育机构的学位或证书使用过的材 料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名:导师签字: 学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书 本学位论 文作者 完全了 解 学校 有关 保留、 使用学位 论文的规 定, 有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。 本人授权 学校 可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 可 以采用影 印、缩 印或扫 描等复制 手段保 存、汇 编学位论 文。 ( 保密的 学位论文在 解密后适用本授权书) 学位论文作者签名:导师签字: 签字日期:20年月日 签字日期:20 年 月 山东师范大学硕士学位论文 山东师范大学硕士学位论文 目录 摘要.I ABSTRACT. II 1 序言1 1.1 选题背景. 1 1.2 国外研究现状2 1.3 国内研究现状3 1.4 研究目的和意义. 4 1.5 研究技术路线与方法4 1.5.1 研究内容与技术路线 4 1.5.2 资料来源与研究方法 6 2 水资源生态足迹与水资源生态承载力概念. 7 2.1 水资源生态足迹与承载力概念. 7 2.2 水资源生态足迹概念模型 8 2.3 水资源承载力概念模型10 2.4 水资源生态赤字与生态盈余 10 2.5 因子的确定. 11 2.5.1 产量因子 11 2.5.2 均衡因子的确定 17 3 水资源生态足迹与水资源生态承载力计算方法 19 3.1 水资源生态足迹计算模型的建立. 19 3.1.1 水产品消费生态足迹计算19 3.1.2 淡水生态足迹计算19 3.1.3 水污染生态足迹计算. 22 3.1.4 水资源生态足迹 23 3.2 水资源承载力计算模型的建立24 4 济南市水资源生态足迹与承载力的计算 25 4.1 研究区概况. 25 4.1.1 自然环境特征. 25 4.1.2 社会经济状况. 25 4.1.3 水资源概况25 4.2 济南市水资源生态足迹和水资源生态承载力计算 31 4.3 济南市水资源生态足迹和水资源承载力动态分析 43 4.3.1 水资源生态足迹动态分析43 4.3.2 水资源承载力动态分析 44 4.3.3 济南市水资源赤字动态分析. 44 4.3.4 济南市总水生态足迹、总水承载力与总水生态赤字动态分析45 5 基于STIRPAT 模型的人文因素对水环境的压力分析. 47 5.1 STIRPAT 模型. 47 5.2 济南市水环境压力分析48 5.2.1 指标选取与模型确定. 48 5.2.2 模型结果与分析 49 5.2.3 小结51I 山东师范大学硕士学位论文 6 济南市水资源开发利用对策52 6.1 严格控制人口数量. 52 6.2 努力提高技术水平,高效利用水资源52 6.2.1 大力推行清洁生产技术 52 6.2.2 高效利用水资源 53 6.3 增强节水意识与制定合理的水价机制 54 6.3.1 建立合理的水价机制. 54 6.3.2 扩大公众参与. 54 6.4 水资源保护对策55 6.4.1 水资源管理机制 55 6.4.2 加强水资源保护与规划管理. 56 6.5 增加水资源可利用量 56 7 结论 58 参考文献:. 60 致谢. 62 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63 II 山东师范大学硕士学位论文 济 南 市水 资 源生 态 足迹 计 算与 水 环境 压 力分 析 摘要 水资源是自然资源的重要组成部分, 是地球上一切生命赖以生存、 人类生 活 和生产 不可缺少的基本物质, 同样更是支撑国民经济健康发展的经济资源。 随着 社会经济的发展,水资源 危机已经成为全球许多国家经济发展的重要制约因素 。 为了使水资源开发利用维持在可持续的范围内, 有必要核算人类消费对水资源的 真实需求情况。 济南属于典型的资源型缺水城市, 制定一套合理的水资源开发利 用对策十分重要。 本文采用水资源生态足迹计算模型,通过对水资源生态足迹账户的细划分, 分别对水产品消费品生态足迹、 淡水生态足迹、 水污染生态足迹进行计算, 进而 分析济南市 1998?2007 年这十年间水资源生态足迹的动态变化;同时运用水资 源承载力 模型计算济南市在 1998 ?2007 这十 年间水资源承载力情况,并对其进 行动态 分析 。计 算结果 表明,1998 ?2007 年 这十年 间, 济南市 总的 生态足 迹和 总的生态赤字整体都呈上升趋势, 而总的生态承载力却呈不断下降趋势。 这与济 南市人口的不断增加、 经济持续发展等密切相关, 说明济南市在水资源合理利用 及优化配置方面仍需继续努力 在此基础上,本文运用 STIRPAT 模型,以济南市的水资源生态足迹为因变 量, 选取人口数量、 富裕度、 技术水平等作为指标, 对济南市水资源生态足迹影 响因素进行分析。结果表明 人口数量是对水资源环境压力 影响最大的 驱动因子, 其影响系数高达 0.728042 。 其次为富裕度, 其 对环境压力的影响系数为 0.426391 (lnA) , 随着富裕程度的提高, 人类对水资源的消费会同步增加。 技术水平的提 高会降低万元 GDP 水 足迹消耗量,从而使水资源生态足迹消耗总量降低,虽然 其对 减小水资源环境压力 的影响要稍微弱一点,但是绝不容忽视。 最后, 本文从严格控制人口数量、 努力提高技术水平与高效利用水资源、增 强节水意识、 制定合理的水价机制 与水资源保护对策、 增加水资源可利用量等几 个方面探讨了济南市水资源可持续开发利用的一些对策。I 山东师范大学硕士学位论文 关键词:水资源生态足迹, 水资源承载力, 水资源生态赤字,STIRPAT 模型 中图分类号:K903 Calculation of water ecological footprint and analysis of water environmental pressure of Jinan City ABSTRACT Water is not only an important part of natural resources but also an indispensable basic material to sustain all life on earth and human life and live. It is also the economic resources for the healthy development of the national economy. With the development of social economy, water crisis has become an important factor to restrict a global economic development of many countries. In order to maintain the sustainable exploitation and utilization of water resources in the range, it is necessary to account the real demand of water resources of human consumption. Jinan belongs to a typical resourceful- water-lack city and it is important to make a reasonable exploitation and utilization of water resources countermeasure Based on the calculation model of the ecological footprint of water resources andthe partition of water ecological footprint account, the ecological footprint of consumer products, fresh water , water pollution is calculated respectively. Then the dynamic changes of the ecological footprint of water in the decade of 1998-2007 are analyzed. This paper also use the water resources carrying capacity calculation model to calculate the water resources carrying capacity of Jinan and analyze dynamic changes from 1998 to 2007. The results indicate that the whole ecological footprint of water and the whole water ecological deficit of Jinan in the decade of 1998-2007 show ascendant trend, and the whole water ecological carrying capacity is a declineThese are closely related to the increasing population and sustained economic development of Jinan, and Jinan should continue to work hard on rational utilization and optimized configuration of water resourcesThis paper uses STIRPAT model and chooses the water ecological footprint ofII 山东师范大学硕 士学位论文 Jinan city as dependent variable and the population, rich degrees ,technical level as indicators. On this basis, this paper analyzes the factors that influence the water resources ecological footprint of Jinan. The results show that the population is the biggest driving factor which influences on the water resources ecological footprint and its influence coefficient is up to 0.728042. The second biggest driving factor is rich degrees whose influence coefficient is 0.426391 (lnA) and the water consumption will increase synchronously with the improvement of rich degrees. The water resources ecological footprint consumption of Wan Yuan GDP will drop with the increasement of technical level, which make the water resources ecological footprint consumption drop. Although its influence is a little weak, but it cannot be overlooked Finally, this paper discusses some countermeasures for sustainable development of water resources of Jinan which include controlling the population size strictly, bringing up technical level, promoting efficiency of water resources, enhancing the consciousness of water saving, making reasonable water prices and the water resources protection, increasing available water resources and so on Key words: water ecological footprint, water carrying capacity, water ecological deficit, STIRPAT modelCategory number: K903III 山东师范大学硕士学位论文 山东师范大学硕士学位论文 1 序言 1.1 选题背景 水 资 源 是 指 现在 或 将 来一 切 可 用 于 生产 和 生 活的 地 表 水 和 地下 水 。 水 资源 是自然资源的重要组成部分, 是地球上一切生命赖以生存、 人类生活和生产不可 缺少的基本物质, 同样更是支撑国民经济健康发展的经济资源。 可以说, 没有水 就没有生命,水是生命的摇篮。 然 而 , 地 球 上可 利 用 的水 资 源 是 有 限的 。 随 着人 口 增 长 、 经济 社 会 的快速 发展和各类用水的不断增加, 水资源的供需矛盾日趋突出, 水资源危机已经成为 全球关注的焦点问题。 水资源危机已成为关系到国家经济、 社会和政治的 重大战 略安全问题,是影响国家安全的关键组成部分。 据 2006 年 《联合国世界水资源开发 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 》 ,2050 年世界总人口的四分之一 或发展中国家人口的 三分之一, 近 14 亿人将严重缺水。 生活在干旱地区的 10 亿 多人将没有足够的水资源用于灌溉,以维持 1990 年的人均粮食产量水平,也不 能满足生活、 工业和环境对水资源的要求, 约 3.48 亿多人面临严重的经济缺水。 1996 年 5 月,联合国 开发支持和管理服务部在纽约召开的第三届自然资源 [1] 委员会上 ,对 153 个 国家占世界人口的 98.93%的水资源, 采用人 均占有水资 源量、 人均国民经济总产值、 人均取用水量等指标进行了综合分析, 将世界各 国分为四类,即水资 源丰富国、水资源脆弱国、水资源紧缺国、水资源贫乏国。 在这种评价 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 下,我国属于水资源紧缺国。 3 我国是一个干旱缺水严重的国家, 淡水资源总 量为 28000 亿m , 位居世 界第 3 四位; 但人均只有 2200 m , 仅为世界平均水平的 1/4 , 在世界排名为 121 位, 是 [2,3] 全球 人均水资源贫乏的国家之一 。 预测到 21 世纪中叶, 我国人均水资源量将 [3] 接近 1700 立方米,进入用水紧张的国家行列 。此外,我国的水资 源还存在着 分布不均的问题。大量淡水资源集中在南方,北方淡水资源只有南方水资源的 1/4 。 除水资源紧缺外, 我国的水资源利用率较低, 利用方式比较粗放, 水资源浪 费严重等问题仍然十分突出。 就农业灌 溉用水来说, 早在 20 世纪 40 ?50 年代世 1 山东师范大学硕士学位论文 界发达国家就已经采用输水渠道防渗化、 管道化, 大田喷灌、 滴灌化等节水灌溉 措施,使得 农业灌溉 用水系数达到 0.7~0.8 ,而我国依然采取大水漫灌的方式, 农业灌溉用水系数大多数仅有 0.3~0.4 左右,这种方式不仅浪费了水资源,而且 造成了大量的土地盐碱化。就工业用水来说,目前我国工业万元产值用水量约 80 立方米, 是发达国家的 10~20 倍; 我国的 工业水重复利用率为 40 %左右, 而 发达国家为 75~85% 。再就是生活用水,据统计,全国多数城市自来水管网仅 仅因为跑、冒、滴、漏等现象造成的损 失率就高达 15%-20%。 目前我国城市供水以地表水或地下水为主, 或者两种水源混合使用, 有些城 市因地下水过度开采, 造成地下水位下降, 有的城市形成了几百平方公里的大漏 斗, 有些沿海城市甚至出现海水倒灌数十公里。 由于工业废水的肆意排放, 导致 80 %以上的地表水、地下水被污染。2008 年 6 月 9 日,美国民间有影响的智囊 机构 ?世界观察研究所 称: “由于中国城市地区 和工业地区对水需求量迅速增大, 中国将长期陷入缺水状况。 ”目前全国 600 多座城市中,有 400 多座城市缺水, 其中严重缺水的有 110 个,全国城市缺水总量为 60 多亿立方米。水资源危机已经成为我国经济发展的 “瓶颈” 问题, 要想 在水资源开发利用 方式上取得突破, 那么就 必须在水资源管理上有新的转变, 否则水资源将会直接 威胁甚至阻碍我国的经济社会可持续发展。 为了使水资源开发利用维持在可持续 [4] 的范围内,有必要核算人类消费对水资源的真实需求情况 。1.2 国 外研究现状 水 足 迹 的 概 念是 在 生 态足 迹 的 基 础 上提 出 来 的, 它 是 指 任 何已 知 人 口(一 个人、 一个城市、 一个区域或全球) 在一定时间内消费的所有产品和服务所需要 的水资源数量。 [5] “水足迹” 的 概 念 最 先 由 荷 兰 水 资 源 专 家 Hoekstra 等人提 出 , 随 后 Hoekstra 与 Hung (2002 )第一次对全球各国水足迹进行了初步的计算和评价, Chapagain 和 Hoekstra (2003)对全球各国的水足迹计算进行了完善。这些水足 迹的最初研究虽然在理论上和方法上都还不是很成熟, 甚至部分数据不精确, 但 是两次的水足迹的粗略估计大体上还是一致的。 其结果表明: 人均水 足迹 相对较 3 3 高 (大于 2000m /人? 年) 的国家主要有比利时和荷兰, 人均水足迹中等 (1000 m / 2 山东师范大学硕士学位论文 3 人?年)的国家有日本、美国、墨西哥,人均水足迹相对较低(500 m / 人?年 3 以下)的国家主要有中国、 印度和印度尼西亚,其中中国人均水足迹为 419 m / 人?年。 此外,Venetoulis (2001) 研究了学校的水足迹;Luck 等(2001 ) 根据 城市 通道模型 (Urban funnel model ) 和空间异质性生态足迹的方法 (最小面积法和最 小 距 离 法 ) 计 算 了 美 国 20 个 大 都 市 区 的 水 和 食 物 的 生 态 足 迹 ;Jenerette 等 (2005a,2005b)也根据 Luck 提出的空间异 质性生态足迹的方法(最小距离法) 计算了 33 个美国和中国城市的水生态足迹,分析了其影响因素。 Chapagain 和 Hoekstra (2004) 对影响国家水足迹的因素进行了研究, 结果 表明: 国家间人均水足迹之间的差 别主要是由四个因素决定的, 分别是各 种产品 [6] 和服务的消耗量、生活方式 、气候条件和水利用率 。 1.3 国内研究现状 虽 然 水 足 迹 的概 念 在 解决 我 国 水 资 源短 缺 和 粮食 安 全 及 生 态环 境 等 问题上 得到了初步应用, 但是它在我国的研究案例仍然有限, 而且大多数都是在虚拟水 的基础上进行的研究。 龙 爱 华 , 徐 中 民等 (2003 )利用 虚 拟水 的 计 算方 法 , 对 新 疆、 青 海 、甘 肃 [7] 和陕西等 西北四省区 2000 年的水足迹进行了计算 。 文章最后计算 出 2000 年西 10 3 3 北四省区总的水足迹为 6.13×10 m ,人均 水足迹 712m /人?a , 实体水资源 9 3 (包括实际生活用水 和服务业用水) 消费 为 3.33×10 m , 仅 占 全 部 水 足 迹 的 5.42% 。由此得出增 加 产品形式的虚拟水贸 易 可作为一种平衡水资 源 赤字的有 效 工具。 龙爱华和徐中民等 (2005) 对中国各省 2000 年的人均水足迹做了一个初步 3 的探讨分析,计算得知 全国平均水足迹为 601m /人?年,其中青海省水足迹最 3 3 大, 大约为 935.75 m / 人? 年, 广西水足迹最 小, 大约为 466.31 m / 人? 年。 他 们通过对几个典型省份水足迹构成的分析, 提出了降低水足迹以缓 解水资源压力 [8] 的有效途径 。 [9] 王新华和徐中民等 (2005)采用产品虚拟水的研究方法 ,对甘肃省 2003 年的虚拟水消费和水资源足迹进行了核算,计算得知 2003 年甘肃省 的水足迹总 3 山东师范大学硕士学位论文 10 3 3 量为 2.27×10 m ,人 均水足迹为 878 m /人?年,水足迹 占总可更新 水资源的 26% , 水 资 源 消费 自 给率 为 99.52% 。 因 此,水 资 源 的 这种 高 消 费占用 比 例 和 高 自给率使得甘肃省的生态环境面临巨大的压力。 王新华等 (2005 ) 计算分析了 2000 年中国各省人均水足迹情况, 并探讨了 缓解水资源压力的几种途径, 但是其足迹 (占用) 涵义仅仅以 人类用水和土地面 积为出发点,尚未对城市生态需水进行综合分析。 1.4 研究目的和意 义 自水足迹概念提出以来, 水足迹战略已经在水资源短缺的许多国家得到了一 定的实际运用, 它不仅可以作为衡量一个区域水 资源赤字的有效工具, 而且已经 成为提出有效缓解水资源压力途径的根据。 济南市南部为山地丘陵, 北部为黄河冲积平原, 地势南高北低, 温带大陆性 季风气候显著, “春季多风干燥, 夏季炎热多雨, 秋季天高气爽, 冬季干冷期长” 。 3 到目前为止,济南市缺水量在正常年份和枯水年份分别为 1.15 亿 m 和 2.31 亿 3[10] m 。 本研究可以对济南市 水资源现有状况做一个初步的评价, 并为其走生态化道 路提供一定的决策参考; 通过对各种社会资源 的充分调动及对水资源利用模式 的 改善来实现济南市水资源的合理配置, 力求 为水 资源行政主管部门在 制定水资源 与 水产品的生产与消耗决策 时提供科学依据。 1.5 研究技术路线 与方法 1.5.1 研究内容与 技术路线 本文对济南市水资源生态足迹与水环境压力 的分析研究主要包括以 下几个 方面的内容: ?济南市水资源生态足迹的计算 通 过 对 水 资 源 生 态 足 迹 账 户 的 细 划 分 , 分 别 对 水 产 品 消 费 品 生 态 足 迹 、 淡 水生态足迹、水污染生态足迹进行计算,进而分析济 南市 1998?2007 年这十年 间水资源生态足迹的动态变化。 4 山东师范大学硕士学位论文?济南市水资源承载力的计算运用水资源承载力模型计算济南市在 1998 ?2007 这十年间水资源承载力情 况,并对其进行动态分析。?济南市水环境压力 分析选取人口数量、富裕 度、技术水平等作为指标,运用 STIRPAT 模型对济南 市水资源生态足迹影响因素进行分析,从而找出决定性因素 。 ?济南市水 资源开发利用对策 通过对计算结果的分析,提出开发利用水资源的合理措施 。 本文的写作路线具体见图 1.1。 数 据 收 集 水 资 源 生 态 足 迹 水 资 源 承 载 力 计 计 算 算 水 资 源 评 价 STIRPAT 模 型 分 析 环 境 压 力 水 资 源 开 发 利 用 对 策图 1.1 论文 研究 技术 路线 图 5 山东师范大学硕士学位论文 1.5.2 资料来源与 研究方法 本文所采用的文献和数据资料主要来源于学术论文、统计年鉴和网络。 ?统计年鉴 主要包括 1998 ?2007 年《济南市统计年鉴》 ;1998?2007 年十年的《中国 城市统 计年 鉴》 和《中 国统计 年鉴 》 ;1998 ?2003 年的 《山 东水 利年 鉴》 ;2001 ?2008 年的《济南市环境质量报告》等。 ?网络资料 主要包括: 资源网、 济 南市政府网、 济南市统计局网站、 济南市经济信息网、 济南市水务局网、中国统计局网站、水足迹网站等。 利用以上资料,本文采用 定性与定量相结合 、模型分析等研究方法 。 ?定性主要是指理论论述部分, 定量则是通过对水资源生态足迹账户 进行细 划分、利用 水资源承载力模型 及水足迹模型 ,计算出 1998?2007 十 年间济南市 水资源生态足迹总量情况和水资源承载力情况, 从而评价济南市的水资源利用情 况。 ?模型分析主要运用在对济南市水环境压力 分析这一部分,选取人口数量、 富裕 度、技术水平等作为指标,运用 STIRPAT 模型对济南市水资源生态足迹影 响因素进行分析, 从而找出决定性因素, 在计算与评价的基础上 为济南市的水资 源开发利用 提出相应的 对策。6 山东师范大学硕士学位论文 2 水资源生态足迹 与水资源生态承载力概念2.1 水资源生态 足迹与承载力概念 (1)水资源生态足迹 生态足迹 EF (ecological footprint ) 又译作生态 占用, 是由加拿大环境经济 学家 William 和 Wackernagel 于 20 世纪 90 年 代提出的一种基于生物物理量的度 [11] 量评价可持续发展程度的概念和方法 。 任何已知人口 (个人、 城市 、 国家、 社 区) 的生态足迹是 指 生产相应人口所消费的所有资源和消纳所产生的废物所需要 的生态 生产性 土地 面积 (包括 陆地和 水域 ) 。 它代表 了既定 技术 条件 和 消费 水平 [11] 下特定人口对环境的影响规模和持续生存对环境提出的需求 。 生态 足迹的计算 中将生产人们消耗的资源以及吸收生产生活产生的废弃物所需的生态 生产性土 地 分 为 耕 地 (Arable Land ) 、 草 场Pasture 、 林 地Forest 、 建 筑 用 地Build-up Areas、化石能源用地 和水(水域)Water Area 6 种类型。目 前 有 两 种 途径 可 以 从生 态 足 迹 的 角度 出 发 来评 价 水 资 源 的消 耗 , 即水生 态足迹 (Water Ecological Footprint ) 和水足迹 (Water Footprint)。 前 者是将水资 2 源相关消耗折算成水域面积 (hm ) ; 后者则是 将水资源相关消耗折算成水资源量 3 [5,12-16] (m ) ,这是一个从虚 拟水(Virtual Water )基础产生的概念 。这两种方法 虽然计算方法和表达方式不同, 但是基本思路是一致的, 有助于提高人们对水的 忧患意识。(2)水资源承载力 “ 承 载 力 ” 这个 概 念 最初 源 于 生 态 学, 指 一 个特 定 的 生 态 系统 在 不 破坏生 [15] 态平衡的限度内, 当前的资源和环境状况所能支持的最大种群数量 。 国外对 承载力的研究工作大多数集中在人口承载力方面, 除此之外, 也开展 了一些针对 [16-18] 某些社会经 济环境协调发展的关键限制资源的专项研究 。 当今社 会经济发展 越来越受到水资源短缺这个主要因子的限制, 水资源已经在区域经济系统中成为 瓶颈制约因子,因此, “水资源承载力”这个概念应运而生。 虽 然 目 前 关 于水 资 源 承载 力 的 定 义 很多 , 但 是还 没 有 一 个 统一 的 定 论。冯 尚友认为, 所谓的水资源承载力是在一定区域内, 在一定生活水平和一定生态环 7 山东师范大学硕士学位论文 境质量下, 天然水资源的可供水量能够支持人口、 环境与经济协调发展的 能力或 [19] 限度 。 施雅风则认为 水资源承载力是指某一地区的水资源, 在一定社会和科学 技术发展阶段, 在不破坏社会和生态系统 时, 最大可承载的农业、 工业、 城市规 [19] 模和人口水平, 是一个随社会经济和科学技术水平发展变化的综合目标 。 许新 宜等将水资源承载力定义为在某一具体的历史发展阶段下, 以可预见的技术、 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前 提, 在水资源合理配置和高效利用的条件下, 区域社会经济发展的最大人口容量 [21] 。 以上三种对水资源 承载力的不同表述都在强调水资源对社会经济和环境的支 撑能力, 其实质是相同的, 区域水资源承载力研究就是区域可持续发展的一种对 策研究,在这个角度上意见一致。 从 以 上 关 于水 资 源 承载力 的 定 义 可以 看 出 ,水资 源 承 载 力问 题 是 一个典 型 的复合系统问题, 涉及到社会经济生态环境资源, 兼具自然属性、 社会属性及空 间属性。 因此, 基于生态足迹模型的水资源承载力可定义为: 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(生态、 [22] 生产和生活) 可持续发展的能力 。 本文认为 还可表述为: 某一区域在某一特定 历史发展阶段, 考虑当前科技、 文化、 体制的影响, 以维护生态良性循环和可持 续发展为前提, 当地水资源系统在社会经济活动规模和具有一定生活水平的人口 数量方面的可支撑能力。 2.2 水资 源生态足 迹 概念模型 由于 Mathis Wackernagel 在建立生态足迹模型中的水域时对水域功能描述不 足, 因此本文参考生态足迹法, 利用水资源账户 (包括地表水资源、 地下水资源) 来描述水资源的生态环境和社会经济功能。 水生态足迹中的水域应理解为水资源 用地,除了包括水域的水产品生产、工业用水、农业用水和其他用水生产以 外, 还包含稀释 不达标排放的工业生产废水和居民生活污水及 稀释酸雨用水的生产。 详见表 2.1。 8 山东师范大学硕士学位论文 表 2.1 水资源生态足迹消费账户表 消费账 户 消费项 目 生态生 产性 土地 类型 水产品 消费 居民消 费 的 水产 品 水域- 养殖 淡水消 费 生活用 水、 生产 用水 、农 业用水 、其 他用 水 水资源 用地 水污染 消费 不达标 排放 废水 稀释 用水 、酸雨 稀释 用水 水资源 用地 依据水资源生态足迹消费账户建立的基本水资源生态足迹框架体系如图 2-1。 水 产 品 消 费 足 迹 城 镇 居 民 生 活 用 水 生 活 用 水 生 态 足 迹 农 村 居 民 生 活 用 水 工 业 用 水 生 产 用 水 生 态 足 迹 建 筑 业 用 水 淡 水 消 费 足 迹 水 资 源 生 态 足 迹 灌 溉 用 水 农 业 用 水 生 态 足 迹 畜 牧 业 用 水 \ 其 他 用 水 生 态 足 迹 废 水 污 染 生 态 足 迹 水 污 染 消 费 足 迹 酸 雨 污 染 生 态 足 迹 图 2-1水资源生态足迹分析框架体系 水资源生态足迹计算模型的基本思路参考生态足迹计算模型,即分别将细 分的各个消费账户消耗的水资源转化为相对应的水域生产面积, 然后对其 进行均 衡化, 由此得到均衡值, 并可利用此均衡值进行全球范围内不同地区的相 互 比较。 其具体的计算公式如式(2-1): EF N ?ef a ?Q /P2-1 W w w W W 2 其中,EF ?水资源总的生态足迹(hm ); W N ?人口数; 2 ef ?人均水资源 生态足迹(hm /人) ; w a ?水资源全球均 衡因子; w 3 Q ?区域消耗的 水资源量(m ); W 9 山东师范大学硕士学位论文 3 2 P ?水资源全球平 均生产力(即全球平均产量) (m / hm )。 W 其中,水资源生态足迹均以水资源生产性土地的面积来表述。 2.3 水资源承载力 概念模型 水资源总量, 顾名思义, 指的是某一地区水资源的最大储存量, 它是衡量一 个地区水资源量丰沛程度的有效指标, 在某一特定时期内是可以确定的。 据有关 专家研究表明,如果某一地区的水资源利用率超过了 30%~40% ,将会导致生态 [3] 环境恶化及一系列衍生 后果 。换句话说, 用于维护生态环境和生 物多样性的 水资源至少要占到该区域水资源生态承载力的 12% , 鉴于特定时期的技术水平和 经济社会环境和谐发展需要,某区域水资源开发利用率都不能达到 100% 。 根据上述分析,水资源承载力的计算公式可表述为: EC N ?ec a ?γ ?Q /P (2-2) w w w w w w 2 其中,EC ?水资源承 载力(hm ); w N ?人口数; ec ?人均水资源承载 力; w a ?水资源的全球均衡 因子; w γ ?区域水资源用地 产量因子; w 3 Q ?水资源总量(m ); w 3 2 P ?水资源全球平均生 产力(m / hm )。 w 2.4 水资源 生态 赤 字与 生态盈余 将水资源足迹与水资源承载力进行比 较, 通过差值的正负得出水资源赤字或 是盈余的结果。见下面的计算公式: ErdEF -EC 2-3 w w其中, 当 Erd0 时, 为水资源生态赤字, 可以理解为此时的水资源由于 过度 开发或管理不当而处于不安全的、不可持续的状态, ;当 Erd0 时, 为水资源生 态盈余, 说明此时水资源生态系统是安全的强可持续的状态; 当 Erd0 时, 为水 资源平衡,此时水资源生态系统处于弱可持续状态。 10 山东师范大学硕士学位论文 2.5 因子的确定 2.5.1 产量因子 产量因子是指特定年份中, 一个国家或地区某种生物生产性类型 (如耕地、 林地、 草地) 的生产力与该类土地的世界平均生产力的差异程度, 通常以比值表 [22] 示, 它可以将该地区与全球平均生产力之间的差异明显的表现出来 。 换句话说 就是不同地区同类生物生产性 土地的生产力是不同的, 因此这种同类生物生产性 土地的实际面积是不能直接对比的。 在这种情况下, 就需要有一个参数, 将这种 不能直接对比的不同地区的同类生物生产性土地转化成可比的面积, 这个参数就 被定义为产量因子。 水 资 源 生 态 足迹 产 量 因子 的 提 出 是 为了 使 水 资源 生 产 性 土 地和 其 他 几类生 产性土地具有可比性。 具体来说, 水资源生态足迹的产量因子为特定年份中的某 一区域, 水资源生产性土地类型 (水资源用地) 的单位面积生产力与全球平均水 资源生产力的比值,记做 γ 。当γ 1 时,表示该地区单位面积的水资源生产 w w 力高于全球平均水资源生产力; 当 γ 1 时, 表示该地区单位面积的水资源生产 w 力低于全球平均水资源生产力。 (1)全球水资源平均生产力 假设区域内的水资源总量是均匀平铺到该区域内时, 其计算公式为 (2-4): P V/S2-4 w 3 2 其中,P ?计算时段内 的平均产水量(m /hm ); w 3 V ? 计算时段内区域的水资源总量(m ) ( 水资 源 总 量 为 地 表 水 资 源 量和地下水资源量扣除重复计算量) ; 2 S ?计算区域的面积(hm )。 从 世 界 资 源 研究 资 料 来看 , 虽 然 世 界上 每 年 再生 性 水 资 源 总量 大 约 可达到 4 3 4 3 42 ×10 亿 m , 但稳定 径流量只有 14×10 亿 m , 且其中的流经沙漠 无法利用的 4 3 4 3 水资源量就占了 5×10 亿 m ,因此只有 9×10 亿 m 是实际可利用 的河 川 径 流 量, 并且为了保持江河湖泊健康的生态环境还必须保证充足的水资源量留在江河 4 3[3] 湖泊中。所以每年实际可供开发利用的水资源量只有 3.24×10 亿 m 。表 2-2 为世界上水资源比较丰富的几个国家的单位面积产水量统计, 通过这个表可以看 11 山东师范大学硕士学位论文 [24] 出不同国家的差异还是比较大的 。 表 2-2 世界水资源比较丰富的几个国家的水资源产量统计表 国家 单位面 积产 水量 国家 单位面 积产 水量 3 2 3 2 万 m /km 万 m /km 巴西 60.9 中国 29.46 前苏联 21.1 印度 51.4 加拿大 31.3 日本 147.0 美国 31.7 世界 31.4 (2)中国水资源平均生产力 众所周知, 我国的水资源量具有总量大、 人均少的特点, 且时空分布不均。 将近 80% 的水资源分 布在长江流域及其以南地区,不到 15% 的水 资源量分布在 长江流域以北的广大地区, 水资源量相对比较短缺, 尤其是黄淮海地区面临严峻 [25] 的水资源短缺形势。表 2-3 给出了我国各 省、市、自治区的单位面积产水量。 表 2-3 中国各行政分区单位面积产 水量 单位面 积 单位面 积 重复 单位面 积 省级 水资源 总量 地表水 产出 量 地下水 产出 量 计算量 产水量 3 3 2 3 2 行政区 (万 亿 m ) 万 m /km 万 m /km 万 万 3 2 3 2 m /km m /km 全国 28124.4 28.40 8.68 7.62 29.46 北京 40.8 15.06 15.60 6.37 24.29 天津 14.6 9.55 5.13 1.77 12.91 236.9 8.90 7.77 4.24 12.62 河北 山西 143.5 7.36 6.05 4.23 9.18 内蒙古 506.7 3.21 2.15 0.98 4.39 辽宁 363.2 22.33 7.25 4.63 24.96 吉林 390 18.30 5.84 3.45 20.69 775.8 13.86 5.77 3.01 16.62 黑龙江 上海 26.9 30.07 19.40 5.98 43.49 江苏 325.4 24.39 11.30 3.81 31.88 12 山东师范大学硕士学位论文 897.1 86.93 20.95 19.76 88.12 浙江 安徽 676.8 44.21 11.94 7.65 48.49 福建 1168.7 96.22 25.24 25.18 96.28 江西 1422.4 84.70 19.30 18.91 85.08 山东 335 17.22 10.06 5.43 21.85 407.7 18.62 11.91 6.12 24.41 河南 湖北 981.2 50.89 15.67 13.78 52.78 湖南 1626.6 76.48 17.69 17.38 76.79 广东 2134.1 99.57 25.75 24.66 100.66 广西 1880 79.05 16.72 16.72 79.05 398.23 113.36 26.59 22.82 117.13 海南 重庆 525.42 64.08 10.09 10.09 64.08 四川 3133.8 55.16 14.12 14.07 55.76 贵州 1035 58.76 14.70 14.70 58.76 云南 2221 57.86 19.23 19.23 57.86 4482 37.31 9.11 9.11 37.31 西藏 陕西 441 20.48 8.05 6.98 21.5 甘肃 274.3 6.90 3.35 3.32 6.93 青海 626.2 8.62 3.57 3.53 8.66 宁夏 9.9 1.65 3.14 2.87 1.92 882.8 4.81 3.52 2.97 5.36 新疆 注:不包括台湾、香港、澳门地区。 (3)中国水资源产量因子 水资源产量因子根据水资源平均生产能力确定的公式如下: γ P /P2-4 1 2 其中,γ ?水资源产量因子(无量纲值) ; 3 2 P ?区域单位面 积产水量(万 m /km ); 1 3 2 P ?全国 单位面 积产水量(万 m /km )。 2 假 设 中 国 的 水资 源 产 量因 子 为 1 , 则全 国 范 围内 各 地 区 的 水资 源 产 量因子 13 山东师范大学硕士学位论文 见表 2-4。 表 2-4全国范围内各地区的水资源产量因子表 区域名 称 单位面 积产 水量 各地区 产量 因子 3 2 (万 m /km ) 全国 29.46 1.000 北京 24.29 0.825 天津 12.91 0.438 河北 12.62 0.428 9.18 0.312 山西 内蒙古 4.39 0.149 辽宁 24.96 0.847 吉林 20.69 0.702 黑龙江 16.62 0.564 43.49 1.476 上海 江苏 31.88 1.082 浙江 88.12 2.991 安徽 48.49 1.646 福建 96.28 3.268 85.08 2.888 江西 山东 21.85 0.742 河南 24.41 0.829 湖北 52.78 1.792 湖南 76.79 2.607 广东 100.66 3.417 广西 79.05 2.683 海南 117.13 3.976 重庆 64.08 2.175 四川 55.