鄭 濤，彌智娟，謝銀昌

(1.中國能源建設集團云南省電力設計院有限公司，云南 昆明 650051；2.云南省水利水電勘測設計研究院，云南 昆明 650021；3.云南秀川環(huán)境工程技術有限公司，云南 昆明 650021)

云南省水資源總量位居全國前列，但水資源時空分布極不均衡。近年來，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水資源短缺已成為云南省經(jīng)濟社會發(fā)展的重要制約因素，尤其是滇中地區(qū)水資源供需矛盾不斷升級，嚴重影響全省經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。水資源可持續(xù)利用與科學管理對區(qū)域經(jīng)濟社會的穩(wěn)定發(fā)展具有關鍵作用[1]，全面掌握水資源動態(tài)變化已成為云南省保障生態(tài)安全的重要課題。自20世紀90年代初加拿大生態(tài)經(jīng)濟學家Willian和Wackernagel提出生態(tài)學足跡以來，該方法被廣泛用于分析自然資源占用與區(qū)域自然資源承載能力，從而評價區(qū)域自然資源的可持續(xù)性及生態(tài)安全等問題。水資源生態(tài)足跡定量測算方法受到國內(nèi)外學者的關注，該方法被廣泛用于水資源生態(tài)足跡的定量計算[2-4]。目前，國內(nèi)這方面研究大部分集中在模型改進、測度分析和模擬預測等方面[5]，但對水資源生態(tài)足跡的驅動因素研究較少。陶倩君等[6]采用相關分析方法進行廣東省水資源生態(tài)足跡影響因素分析，熊娜娜[7]采用相關分析和通徑分析方法進行成都市水資源生態(tài)足跡影響因素分析。故本文在分析云南省水資源生態(tài)足跡動態(tài)變化的基礎上，采用指數(shù)分解法(LMDI)加法形式進行其驅動因素分析，以期為云南省水資源可持續(xù)利用提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

云南省地處祖國西南邊陲，北部與四川省接壤，西北隅倚西藏自治區(qū)，東部同廣西壯族自治區(qū)和貴州省相鄰，西部同緬甸相連，南部與越南、老撾毗鄰。全省以山地高原地形為主，處在“世界屋脊”青藏高原的東南面，東西寬864.9 km，南北長990.0 km，國土面積38.32萬km2，國界線長達3 207 km。氣候基本屬亞熱帶高原季風型氣候，年溫差小，日溫差大，干濕季節(jié)分明。大部分地區(qū)年降水量在1 000 mm以上，但時空分配極不均勻，降水量隨海拔增高而增大，雨季(5—10月)降水量占全年總降水量85.0%，旱季(11月至次年4月)僅占15.0%。云南省河流水系眾多，分屬金沙江(長江)、珠江、紅河、瀾滄江、怒江和伊洛瓦底江六大水系，水資源總量豐富。

2 研究方法

2.1 水資源生態(tài)足跡模型

水資源生態(tài)足跡是衡量某區(qū)域一定人口經(jīng)濟對水資源的需求能力。根據(jù)云南省用水類型情況，將水資源生態(tài)足跡分為三類，即生產(chǎn)用水、生活用水、生態(tài)用水，并依式(1)、(2)進行計算[8]。

(1)

EFit=Pt×efit=γw×(Wit/Pw)

(2)

式中 EFwt——第t年水資源生態(tài)足跡，hm2；Pt——第t年人口數(shù)；efit——人均水資源生態(tài)足跡，hm2/人；γw——水資源全球均衡因子；Wit——第i類第t年消耗的水資源量，m3；Pw——水資源全球平均生產(chǎn)能力，m3/hm2。

2.2 水資源生態(tài)承載力模型

水資源生態(tài)承載力是某區(qū)域水資源能夠容納一定人口經(jīng)濟的最大限度。在水資源生態(tài)承載力計算公式中，通常是將60%的水用于維持生態(tài)環(huán)境，40%的水用于滿足人類社會的發(fā)展需求[9]。

ECw=P×ecw=0.4×φ×γw×Q/Pw

(3)

式中 ECw——水資源生態(tài)承載力，hm2；P——總人口；ecw——人均水資源生態(tài)承載力，hm2/人；φ——水資源產(chǎn)量因子；γw——水資源全球均衡因子；Q——水資源總量，m3。

2.3 水資源生態(tài)盈虧

區(qū)域水資源生態(tài)承載力若能滿足該地區(qū)的人口與經(jīng)濟發(fā)展需求，則為水資源生態(tài)盈余，表明該地區(qū)處于可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)；反之，則為其水資源生態(tài)赤字[10]，處于不可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)。

EDw=ECw-EFw

(4)

式中，若EDw>0，表示水資源為生態(tài)盈余；若EDw<0，則表示水資源為生態(tài)赤字。

2.4 萬元GDP水資源生態(tài)足跡

萬元GDP水資源生態(tài)足跡為該地區(qū)水資源生態(tài)足跡與該地區(qū)生產(chǎn)總值的比值，用以衡量水資源的利用效率。

(5)

式中 TSw——萬元GDP水資源生態(tài)足跡，hm2；GDP——地區(qū)生產(chǎn)總值，萬元。

2.5 LMDI分解法

指數(shù)分解方法的基本思想是把一個目標變量的變化分解成若干個影響因素變化的組合，從而可以區(qū)分各個影響因素影響程度的大小。Divisia是指數(shù)分解法的一種，對數(shù)平均迪氏指數(shù)法(Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI)，是Ang等[11]在Divisia基礎上有效解決分解過程中出現(xiàn)的“0”值和殘差情況，所以應用廣泛[12]。本文借鑒IPAT方程[13]的建模原理，在云南省建立水資源生態(tài)足跡分解模型，采用LMDI分解法加法形式進行模型求解。

本文利用IPAT方程構建云南省水資源生態(tài)足跡模型見式(6)—(11)：

(6)

(7)

LMDI分解模型加法形式：

(8)

(9)

(10)

(11)

2.6 相關參數(shù)的選取

水資源生態(tài)足跡計算中的主要參數(shù)包括：水資源均衡因子、水資源全球平均生產(chǎn)能力、水資源區(qū)域平均生產(chǎn)能力以及水資源產(chǎn)量因子。水資源均衡因子是將不同類型土地資源的生產(chǎn)能力轉換為可以比較的相同土地資源的生產(chǎn)能力，本文采用世界自然基金會(WWF)對水資源均衡因子的計算值，即為5.19[14]。水資源產(chǎn)量因子是區(qū)域水資源量的平均生產(chǎn)能力與全球水資源量的平均生產(chǎn)能力即全球多年平均產(chǎn)水模數(shù)的比值[15]。經(jīng)參考相關研究成果，水資源全球平均生產(chǎn)能力的取值為3 140 m3/hm2[16]，根據(jù)云南省2006—2018年多年平均產(chǎn)水模數(shù)確定水資源平均生產(chǎn)能力為4 973 m3/hm2，產(chǎn)量因子約為1.58。

3 數(shù)據(jù)來源

云南省水資源總量、用水量(生產(chǎn)用水、生活用水、生態(tài)用水)、產(chǎn)水模數(shù)來源于《云南省水資源公報》(2006—2018年)，社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)(人口數(shù)據(jù)、國內(nèi)生產(chǎn)總值)來源于《云南省統(tǒng)計年鑒》(2006—2018年)。

4 結果與分析

4.1 云南省水資源生態(tài)足跡動態(tài)分析

根據(jù)表1、圖1，分析表明2006—2018年云南省水資源總生態(tài)足跡整體呈平緩增加的趨勢。云南省水資源生態(tài)足跡從2006年的1 511.18萬hm2增加到2009年的1 592.99萬hm2，之后又呈小波動緩慢增減趨勢，至2018年水資源生態(tài)足跡為1 625.24萬hm2。從全省GDP來看，云南省2006—2018年GDP以年均13%的速度在增長，萬元GDP水資源生態(tài)足跡TSw呈下降趨勢，整體來看云南省水資源生態(tài)足跡相對穩(wěn)定，水資源的消耗用量并沒有隨云南省社會經(jīng)濟發(fā)展而呈現(xiàn)出增長趨勢。

分析不同用水類型的水資源生態(tài)足跡，表明不同用水類型的水資源生態(tài)足跡差異較大，生產(chǎn)用水水資源生態(tài)足跡占總水資源生態(tài)足跡的80%以上，生活用水次之，生態(tài)用水所占的比重最小，且生活用水和生態(tài)用水的水資源生態(tài)足跡趨勢基本一致。

表1 云南省2006—2018年水資源生態(tài)足跡

圖1 云南省2006—2018年水資源生態(tài)足跡趨勢

4.2 云南省水資源生態(tài)足跡盈虧分析

分析圖2表明云南省水資源生態(tài)承載力遠遠大于水資源生態(tài)足跡，水資源處于生態(tài)盈余狀態(tài)，即說明從全省來看，云南省水資源不存在生態(tài)赤字現(xiàn)象，水資源生態(tài)足跡處于水資源可承載范圍之內(nèi)，水資源處于可持續(xù)利用狀態(tài)，水資源開發(fā)利用還有很大的提升空間。2009—2012年水資源生態(tài)承載力和水資源生態(tài)盈虧處于波動變化，這是因為2009—2012年屬于云南省連續(xù)4年干旱時期，2009、2011年為時間序列內(nèi)的特枯水年，尤其是2009年為云南省自1956年有資料以來平均降水量最少的一年，比常年降水量偏少24.7%，水資源總量也較低，水資源生態(tài)承載力也較低。

圖2 云南省EFwt、ECw、EDw趨勢

分析云南省各州市水資源生態(tài)足跡及水資源生態(tài)承載力(圖3)，表明云南省各州市水資源生態(tài)足跡整體較平穩(wěn)，但各州市水資源承載能力波動較大，尤其以普洱市、臨滄市的水資源生態(tài)承載力最大；各州市水資源生態(tài)足跡雖均處于生態(tài)盈余狀態(tài)，但昆明市、玉溪市和楚雄州3個州市水資源幾乎瀕臨生態(tài)赤字，尤其省會昆明市水資源生態(tài)壓力最大，普洱市、臨滄市因水資源承載力較大，其水資源盈余量也最大。隨著云南省滇中引水工程的開工建設，昆明市、玉溪市和楚雄州作為滇中區(qū)域主要的受水區(qū)，該工程建成后可極大緩解滇中地區(qū)水資源供需緊張的突出問題。

圖3 云南省各州市EFwt、ECw、EDw趨勢

4.3 云南省水資源生態(tài)足跡驅動因素分析

根據(jù)LMDI分解法的加法形式對水資源生態(tài)足跡分解模型進行求解，確定云南省水資源生態(tài)足跡變化量。分析表2、圖4，表明2006—2018年云南省水資源生態(tài)足跡變化量(ΔEFw)呈波動變化，各時間段變化差異較大，2006年(基準年)與2018年水資源水資源生態(tài)足跡變化量為114.06萬hm2。

表2 云南省2006—2018年水資源生態(tài)足跡分解模型求解

分析云南省水資源生態(tài)足跡各驅動因素，即結構因素(ΔEFs)、技術因素(ΔEFi)、經(jīng)濟因素(ΔEFr)和人口因素(ΔEFp)(圖4)，表明技術因素、經(jīng)濟因素在水資源生態(tài)足跡變化中起著主導因素，人口因素和結構因素的影響不顯著。

圖4 云南省2006—2018年水資源生態(tài)足跡各影響因素趨勢

a)結構因素對水資源生態(tài)足跡影響最弱，該因素水資源生態(tài)足跡變化量接近0且在正負值之間微弱波動，表明結構因素對水資源生態(tài)足跡的驅動作用并未完全顯現(xiàn)出來。

b)人口因素變化量均為正值且呈平緩穩(wěn)定趨勢，表明人口因素為云南省水資源生態(tài)足跡的正向驅動因素。2006—2018年云南省以人口自然增長率0.6%左右的速度穩(wěn)步增長，人口因素影響的水資源生態(tài)足跡在9.065 3萬～10.596 5萬hm2之間變化，變化區(qū)間較小，表明人口因素對云南省水資源生態(tài)足跡的驅動作用比較穩(wěn)定，整體驅動作用不明顯。

c)技術因素變化量均為負值且絕對值較大，各年之間均有波動變化，整體趨勢為負向逐漸上升趨勢。表明技術因素對云南省水資源生態(tài)足跡具有明顯的負向驅動作用，而且負向驅動作用大體呈現(xiàn)減弱趨勢。由于近年來云南省各行業(yè)通過循環(huán)水利用、節(jié)水設施等技術水平改進、提高，用水效率得到提升，有效抑制了云南省水資源生態(tài)足跡的增長趨勢，保障了云南省水資源可持續(xù)利用。

d)經(jīng)濟因素變化量均為正值且數(shù)值較大，各年之間均有波動變化，整體趨勢為逐漸下降趨勢。表明經(jīng)濟因素對云南省水資源生態(tài)足跡具有明顯的正向驅動作用，而且正向驅動作用大體呈現(xiàn)減弱趨勢。2006—2018年云南省GDP呈線性增長趨勢，萬元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐年下降趨勢。說明隨著生態(tài)文明建設的推進，云南省貫徹生態(tài)立省、環(huán)境優(yōu)先的思想于經(jīng)濟社會發(fā)展的全過程，不斷加大河湖水污染防治，在云南省社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展中，經(jīng)濟因素對水資源生態(tài)足跡的驅動作用總體來說逐漸減弱，表明經(jīng)濟發(fā)展對水資源供需平衡的依賴性逐漸降低，該發(fā)展理念有效促進云南省水資源利用與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展。

5 結語

本研究根據(jù)水資源生態(tài)足跡模型，分析了云南省水資源生態(tài)足跡的動態(tài)變化，采用LMDI分解法加法形式進行了水資源生態(tài)足跡影響因素分析評價，并得出如下結論。

a)2006—2018年云南省水資源生態(tài)足跡整體呈平穩(wěn)緩慢增加趨勢，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡在總水資源生態(tài)足跡中所占的比重較大，生活用水和生態(tài)用水在總水資源生態(tài)足跡中所占的比重均較小。

b)2006—2018年云南省水資源生態(tài)承載力呈波動變化趨勢，水資源全部處于生態(tài)盈余狀態(tài)，水資源生態(tài)承載的潛力較大。各州市水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)承載力差距較大，各州市水資源全部處于生態(tài)盈余狀態(tài)，但昆明、玉溪、楚雄共3個州市水資源瀕臨生態(tài)赤字。

c)通過對云南省水資源生態(tài)足跡驅動因素的分析，表明經(jīng)濟因素和人口因素為正值，作為云南省水資源生態(tài)足跡的正向驅動因素，結構因素、技術因素為負值，作為云南省水資源生態(tài)足跡的負向驅動因素。4個因素中，技術因素和經(jīng)濟因素對云南省水資源生態(tài)足跡的影響最為顯著，結構因素和人口因素對云南省水資源生態(tài)足跡的影響尚不明顯。