第24卷第6期 2006年1 1月 干旱地区农业研究 cuituraI Research i11 the Arid Areas Vo1.24 No.6 NOV.2006 陕西省2003年水资源足迹测评与分析 郭 斌,任志远 (陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安710062) 摘 要:水足迹由于考虑了社会经济系统中的虚拟水消费量,较完整刻画了人类对水资源的真实占用和消费 情况,为水资源的科学管理提供了一个崭新的视角。利用水足迹模型计算2003年陕西省全省资源水足迹和人均 水足迹,结果表明:陕西省2003年的水足迹为248.862亿m 、人均水足迹为671,656 m ,水资源集约利用度为 9、638元/m ,2003年陕西水资源压力指数为331.4%。提出了降低水足迹以缓解水资源压力的几条途径,探讨了 今后水足迹研究的方向。 关键词:水足迹;虚拟水;虚拟水贸易;陕西省;2003年 中图分类号:F323.213 文献标识码:A 文章编号:1000—7601(2006)06—0178 05 水是生命之源,是人类和一切生物赖以生存和 发展的物质基础。随着人口数量的不断增长和社会 经济的迅速发展,全球水资源供求矛盾日渐突出,水 资源短缺已经成为许多国家和地区可持续发展的重 要制约因素。我国是世界主要贫水国之一,人均水 资源量为2 200 IY1.3,只有世界平均水平1/4,水资源 相对匮乏。目前,水资源短缺已是我国西北地区21 世纪可持续发展面临的最主要的瓶颈之一。为了使 水资源开发利用维持在可持续的范围内,有必要核 算人类对水资源的真实消费情况。国外Hoekstra 和Chapagain等人的研究结果表明,人均水足迹相 量420 2×10 m3,地下水资源总量165.09×10 in3,总水资源量422.1×10 rn ,仅占全国水资源总 量的2%左右。同时,水资源年内、年际分配和地域 分布很不均衡。大气降水总量为1 371×10 m3,其 中长江流域占全省总量的46%,黄河流城占全省总 量的54%。降水年际变化在350~1 600 mm,多年 平均降水量为676.4 mm。降水总趋势是,由南向 北递减,由西向东递减,由山区向平原递减。陕北属 干旱半干旱大陆性季风气候,区内多年平均降水量 450~600 mm,自南而北递减。降水多集中在夏季, 多是暴雨形式。关中地处暖温带季风气候区的西部 对较高(大于0.2万m’/年)的国家主要有比利时和 荷兰,人均水足迹中等(0.1万m0/年左右)的国家 有日本、美国、墨西哥,人均水足迹相对较低(500 m /if-以下)的国家主要有中国、印度和印度尼西 亚…。国内龙爱华,徐中民等引入了水足迹的概 念,介绍了水足迹的计算方法,并先后以西北4省、 甘肃省和全国为对象,计算分析了2000年西北4省 水资源足迹、甘肃省2000年的水资源足迹和2000 年中国的水资源足迹[2-4 J。本文在总结前人对水 边缘,年均降水为540~720 mm,水资源补给不足。 7~9月径流占全年的60%~70%,且多以暴雨、淋 雨形式出现,造成枯水季节缺水,丰水季节流失。陕 南气候温和,雨量充沛,属亚热带气候。年均降水量 约900~1 600 mm,其中7~9月降水量占全年的 50%~65%。陕北高原比较大的水系有洛河、廷河、 秃尾河、无定河等,这些河流大致以北西一南东方向 流经黄土地区注入黄河。关中平原主要河流为纵贯 关中平原的渭河,其次为泾河和洛河,多年平均径流 量分另0为20.99 x 10 m ,9.04×10 m ,101.6× l0 rn3。受降水的控制,年内地表径流集中在6~9 月份,占全年径流的60%。丰枯悬殊,含沙量大,且 足迹的概念和计算方法的基础上,对2003年陕西省 水足迹进行了初步测算与分析,探讨了降低水足迹、 缓解水资源压力的途径,讨论了水资源足迹对水资 源管理的战略意义。 具有连旱连涝的特点。陕南主要河流有:丹江、汉 江、嘉陵江。陕西省地下水天然资源量为161.1 x 108 In /a,1 陕西水资源概况与数据来源 1.1陕西水资源概况 而可开采量为55×10 1TI /a。陕北、关中 和陕南地下水资源总量分别为28.4 x 10 rn3,53.4 ×10 m3,79.陕西是一个水资源紧缺的省份,境内天然径流 收稿日期:2006.04 30 3×10 1TI 分别占各地区水资源总量 基金项目:国家自然科学基金(40371003);教育部重点项目(01158) 作者简介:郭斌(198l一),男,陕西合阳人.硕士生,研究方向为资源环境遥感与GIS。E.mail:guobinl114@StH.s兀nu.edu.ca 维普资讯 http://www.cqvip.com
第6期 郭 斌等:陕西省2003年水资源足迹测评与分析 的61.92%,68.72%和26.56%。 1.2测评内容与数据来源 根据陕西省的实际情况和资料的可靠性,主要 从四方面对陕西省2003年水足迹进行衡量:居民主 要商品虚拟水消费量、净进口虚拟水消费量、生活实 体水消费量、生态环境用水量。数据来源:《陕西统 计年鉴(2004)》、《中国统计年鉴(2004)》。 2研究方法与模型 2.1 研究方法 人类对水资源系统的影响是通过消费水资源提 供的产品和服务产生作用的,如何真实地刻画这种 作用大小和影响程度,可以从人类对水资源和水资 源所提供的产品和服务的消费人手。任何已知人口 (某个人、一个城市、一个区域或全球)的水足迹是生 产这些人口所消费的所有资源所需要的水资源数 量_2 J。产品和服务的生产一般都需要消耗一定的 水量,生产1瓶白酒需要240 kg水,1个鸡蛋需要消 耗340 kg水,1 kg羊肉需要耗水18 000 kg、生产重 量为2 g的32兆计算机芯片需要消耗32 kg的水 量。这些在产品和服务生产过程中使用的水量称之 为虚拟水。虚拟水以“看不见”的形式蕴藏在产品 中,当人们消费这些产品的时候,实际上就是以虚拟 水的形式消费了水资源 J。虚拟水的概念是由 TonyAllan在20世纪90年代初提出来的。虚拟水 不是真正意义上的水,因为它包含在产品中以虚拟 的形式体现出来,消费者从产品中看不见水的影子。 因此虚拟水叉叫“嵌入水”和“外来水”,后者是指进 口虚拟水的国家使用了非本国的水的事实 5。 Wackernagel(1996)提出的生态足迹(ecological foot— print)可以将区域的能源和资源消费转化为提供这 种物质流所必须的各种生物生产类型的土地面积, 并同区域能提供的生物生产土地面积进行比较,能 定量判断一个区域的发展是否处于生态承载力的范 围内。同样水足迹可以将区域人口消费的资源转化 为提供资源所消耗的水资源数量,水足迹可以反映 地区或国家对水资源的需求和占用情况。 2.2水足迹的测算模型 一个国家或地区的水足迹【4 J: W ’ PVWexpendture十』 Wexpendture+ ENVexpendture+NVWIexpendture (1) 式(1)中:WF为~个国家或地区的水足迹;J}) W— expendture为本地产品虚拟水消费;RWexpendture 为生活利用的实体水消费;NVWlexpendture为净 进口虚拟水消费量;ENVexpendture为生态环境用 水。式(1)从理论上阐明了计算一个地区水足迹的 方法,测算一个国家或一个地区的水足迹主要需要 量化虚拟水消费量。由于产品消费的实物量比较容 易获取,因此单位产品的虚拟水含量计算就成为水 资源足迹衡量的核心。从目前的研究米右,由十工 业产品虚拟水含量计算过于复杂并且实际的虚拟水 含量一般较小通常忽略,农作物产品的虚拟水干¨动 物产品的虚拟水计算是目前虚拟水计算中最主要的 部分,也是水足迹衡量的关键。生态环境需水研究 目前还处于摸索阶段,一般采用估算的办法。在全 球经济一体化的影响下,一个国家或地区的实体水 资源利用并不能真实地代表它对水资源的消费占用 情况,衡量一个国家或地区对水资源的真实消费时, 进口的虚拟水应该加到该国家或地区的水资源淌赞 上,而出口的虚拟水应该从国家或地区的水资源消 费中扣除。净进F-1虚拟水消费量(N、,w,expend ture)指一个国家或地区所有进口产品的虚拟水台 量减去所有出口产品的虚拟水含量。如果~Vwf expendture>0,表示该国或该地实质上消费了其他 地区的水资源,反之,表明该国或该地实质上.给其他 国家或地区间接地提供了水资源。需要注意的足式 (1)中的PVWexpendture为本地 品虚拟水消费, 即就是人们消费的产品都是国产或本 域生产的, 在计算水足迹时就应该加上净进口产品的虚拟水含 量,如果获得的资料是本区域居民实际消费的 (消费的产品中可能有进口的),在计算水址迹时姒lj 没有必要再加上净进口产品的虚拟水含龟,如果加, 则计算重复。 2.3与水足迹相关的评价指标 一个国家或地区的水资源压力指数(WSI)定 义为该国家或地区居民消费的水足迹( F)与tj】 新水资源量(AW)的比值-6 J: WSI=WF/AW×100% (2) 如果满足~个国家或地区居民消赞所需产品干u 服务的需水量大于国家或地区可更新水资源越,_)jl5 么该国家或地区的水资源压力指数可能人t 100%。水资源压力指数越大,说明泫国家或地区断 临的缺水状况越严蕈。 一个国家或地区的水资源集约fIJ州度 (Water—intensive use of degrees,W儿rI) 定义 幽}J、j 生产总值(GDP)与该国家或地区水足迹的比值: Wf(,D=(;DP/Wb、 ( 1) WIUD的大小放映了一个国家或者地区水资 源利用的程度和的效率,它可以我现一个 家或地 区经济发展所付出的水资源代价,水资源集约利用 维普资讯 http://www.cqvip.com
l8O 干旱地区农业研究 第24卷 度越大,说明该国或地区的水资源利用效率高,产生 含量和工业产品净进1:I的虚拟水含量两部分。其中 的经济效益高,反之,表明该国或地区的水资源利用 农产品的虚拟水含量可根据3.1中的方法计算,由于 效率低,产生的经济效益低。 工业产品的虚拟水含量较小,故本文忽略不记。2003 3测评结果与分析 年陕西省实际进口的农产品数量很小,进口产品主要 是工业原材料,高技术含量产品及与人民生活相关的 3.1主要商品虚拟水消费量计算 各种轻工业产品,这与陕西作为农业大省,高新技术 单位商品的虚拟水含量乘以该商品的实际消费 产业大省的地位相符合。经计算表明2003年陕西省 量就是该商品虚拟水消费量,计算结果见表1。 的卜兀厂V fexpendture为一5.828亿H 。 3.2净进口虚拟水消费量的衡量 净进1:1虚拟水含量包括农产品净进1:1的虚拟水 表1 陕西省2003年城乡居民生活消费虚拟水含量 Table 1 Virtual water consumption of residents in Shaany5 Province in 2003 注:2003年陕西省总人口为3 705.20万,其中城镇人P-J为l 221.97万.农村人口为2 483.23万,表中资料源于中国统计年鉴2004、陕西统 计年鉴2004 3.3生活实体水消费衡量 源配置生态环境建设和可持续发展战略研究(生态 生活实体水消费包括实际生活用水和服务业用 环境卷)”中西北六省区生态需水估算中的陕西一 水。生活用水包括城镇居民生活用水和农村居民生 项,具体数值为1.50亿m3。由于国内对生态环境 活用水;服务业用水主要是第三产业用水和城镇公 需水的研究处在起步性阶段,这一结果是依据目前 共用水。陕西省2003年各项用水总量为75.0亿 有限的资料和宏观分析方法对陕西省生态需水量的 iql3【 ,其中农业用水为50.7亿m 、工业生产用水 一个初步估算,还存在一定的不确定性 J。 为13.0亿m ,生活用水为l1.3亿m3。 3.5 2003年陕西省水足迹计算结果 3.4生态环境用水衡量 根据3.1—3.4的计算结果,我们得到陕西省 利用中国工程院重大咨询项目“西北地区水资 2003年的水足迹为248.862亿m ,人均水足迹为 维普资讯 http://www.cqvip.com
第6期 郭 斌等:陕西省2003年水资源足迹测评与分析 671.656 n1 ,净进口虚拟水消费量为一5.828亿n1 (表明2003年陕西省给其他地区输出了虚拟水)、生 活实体水消费量为11.300亿ri-i 、生态环境用水量 为1.500亿m3。各项分类列于表2。 表2 2003年陕西全省虚拟水消费和总的水足迹 Table 2 Total water footprint account and virtual water consumption of shannxi Province in 2003 主要农产品虚拟水消费量(10 lit ) 241 890 生活实体水消费蟹(10。m ) 11 300 净进口虚拟水量(10 m ) 5.828 生态环境镒水量(10 rfl ) 1.500 总水足迹(10 m ) 248.862 人均水足迹(m ) 671.656 通过上面的计算可知:生活实体水资源消费 (11.3×10 Ⅲ)仅占总水足迹的4.5%;居民主要农 产品虚拟水消费量(241.890×10 ITI ),占总足迹的 97.2%,总水足迹占陕西水资源总量(255.43×10 nl )的97.4%,主要农产品虚拟水消费量是当年用 水总量(75.0×10 rn )的3.2倍,主要农产品虚拟 水消费量远远高于实际统计的水资源消费量,且占 到总水足迹的97%之多。其主要原因有:①统计 资料提供的的水资源利用量通常仅包括地表水和地 下水的消费部分,而虚拟水计算方法还包括了直接 被植物利用(不产生径流)的部分降雨、土壤水和空 气凝结水,同时对天然放牧的畜牧业生产来说,动物 消费的牧草耗水并没有包括在水资源利用的统计量 中。②动物产品具有储水作用。对一年生以上的 动物,动物活体和动物产品实际包括了多年的水资 源消耗的累积。③由于水足迹中“生态环境需水 量”…项是一个估算值,还具有一定的不确定性,可 能造成水足迹偏低的结果。④本研究中在计算居 民消费品虚拟水含量时,忽略了工业产品的虚拟水 含量,虽然工业产品虚拟水含量一般较小通常忽略, 但却造成总水足迹偏低。2003年陕 全省生产总 值(GDP)为2 398,58亿元,水资源集约利用度为 9.638元/m 。即就是消耗1 m0的水资源可以创造 9.638元的经济效益,我国东部、中部和西部的平均 水资源集约利用度分别为45.249,25.510和15.503 元/m3。可见陕西的水资源集约利用度与东部沿海 发达地区相比,还存在明显的差距,与西部平均水平 也有一定的差距。2003陕西水资源压力指数为 331.4%,表明陕西面临严重的水压力,缺水状况比 较严重,这一结果符合中国水利部近日发布的{2004 年中国水资源公报》,在中国最缺水的十个省市中, 陕西排名第2。 4结论与讨论 随着全球经济一体化和地区间口益频繁的经济 贸易,常规的水资源衡量方法已经不能真实地反映 一个地区的实际用水情况,必须转变思路,转换角度 引入新的方法和理论,虚拟水概念为衡量地区水资 源消费利用提供了一个新思路,基于虚拟水消费的 水足迹衡量为定量分析人类对水资源的实际占用提 供了一个崭新的视角。本文利用水足迹模型,计算 了2003年陕西省的水足迹和人均水足迹。陕晒省 2003年的水足迹为248.862亿I123、人均水足迹为 671.656 In 、水资源集约利用度为9.638元/m , 2003陕西水资源压力指数为331.4% 弓l入水足迹 和虚拟水消费的概念可以清楚的看到目前水资源面 临的压力。水足迹慨念的提出绐管 者提供j 决策 依据,将有利于和谐社会和节约社会的构筑。 水足迹的大小与很多因素有关。随着生产力的 不断发展,各种高新技术在农业、工业卜的应用,尤 其是节水灌溉措施在农业上的应用,水足迹总体上 成下降的趋势。最后提出几点降低水足迹的措施, 第一,加强宣传,培养全社会公民的节水意识;第二, 适当调整产业结构,压缩高耗水、低效益的传统农业 产业,扶持低耗水、高效益产业的发展,推动经济结 构的战略转型;第三,探索并实施与虚拟水战略槲且| 应的粮食流通体制和机制,设立专项基金用于补贴 粮食进口和调入所需资金,对区域粮食捌入和消赞 给予…定的政策补贴;第四,加大财政转移支付力 度,建立健全社会保障体系,当退耕还林还革、实施 虚拟水战略管理给农民造成收益‘F滑、农村剩余劳 动力增加等不利影响时,以相应的就业保障体系和 就业促进政策,减轻农民的经济负担、增加农民的收 入。第五,改变消费结构、倡导合理消赞模式。 由于水足迹的理论和方法目前还处丁下成熟阶 段,仍有一些问题尚待进一步完善。f 业产 虚拟 水的计算、生态环境用水的量化需要进一步的研究: 目前的研究大多为静态,单区域的研究,有必要在时 间尺度和空间尺度上分析水足迹的謦异和变化;需 要分析虚拟水贸易的增加对区域经济、环境、仙 、 文化和政治产生的影响以及分析消费模式,特}jfJ是 日常饮食结构对区域或国家的水足迹会产生的影 响。可以预见的是水足迹理论的出现必将对水资坼 的科学管理产生革命性的影响。 参考文献: [1] 王新华,张志强,龙受华.等.虚拟水研究综述[j 叶1 农卡叮水 利水l乜,2005.(1):27—30. 维普资讯 http://www.cqvip.com
182 干旱地区农业研究 第24卷 龙爱华,徐中民,张志强,等.甘肃省2000年水资源足迹的初步 [7]中国统计局,陕西统计年鉴2004[M].北京:中国统计出版社, 2004. 估算[J],资源科学,2005,27(3):123一l29. 王新华,徐中民,龙爱华.中国2000年水资源足迹的初步计算 [8]刘昌明,王礼先,夏军,等.西北地区水资源配置生态环境建设 和可持续发展战略研究(生态环境卷)[M].北京:科学出版社. 2004.1O8—22O. 分析[J].冰JI』冻土,2005,27(5):774—78O, 龙爱华,徐中民,张志强.西北四省2000年的水资源足迹[J], 冰川冻土,2003,25(6):692—7OO. f9]中国统计局.中国统计年鉴2004[M]北京:中国统计出版社, 2004. 程国栋虚拟水——中国水资源安全战略的新思路[J].中国科 学院院刊,2003,(4):26O一265, [10]唐克旺,王浩,王研,生态环境错水分类体系探讨[J].水资源 保护,2003,(5):5--8. 王新华,徐巾民,李应海,甘肃省2003年的水足迹评价[J].自 然资源学报,2005,20(6):9O9—9l5. Evaluation and analysis on water footprint of Shaanxi Province 2003 GUO Bin,REN Zhi—yuan (C zzn.窖 c To“rismⅡ d E nvironmeng,Shaanzi Normal University,Xi’all,Shaanxi 7 1 0062,China) Abstract:Water footprint means the total quantity of water resource that maintains the consumption of cer。 tain crowd of one country(district)under certain living standard.Because of considering virtual water volume of consumption of social economic system,the footprint portrayed the mankind’s true possession and consumption situation of water resource.and offered a brand—new visual angle for scientific management of water resource・ The meaning of the virtual water contributes to improving people’s warred consciousness to water resource,to the consumption mode that advocates being economized on water and gives the important strategic inspiration in water resource management.Using water footprint mode1.the total water footprints and per person water foot— urint of Shaanxi Province in 2003 have been calculated.The result showed that the water footprint of Shaanxi Province in 2003 was 24,886,200,000 m。.The per person water footprint was 67 1,656 m ,Several ways for reducln the water footprint have proposed in order to alleviate the water resource pressure.The future study di— rection of water footprint has been discussed. Keywords:water footprint;virtua1 water;virtual water trade;Shannxi Province;year of 2003 (上接第150页) NO3一-N deep migration in loess layer of non.saturated zone under irrigation condition KANG Yin—hong,MA Yao—guang,WANG Qiao—huan ((二(,f£e譬e。, vlⅡ£ r C。”sErmn( Ⅱ” Architecf“rn£Engtneering,Northxest A&F University,Yangli,1g,SIIaar ̄ci 712100,C/L ti4) Abstract:Soil NO1一.N was measured in Weibei Loess soil under irrigation condition.The deep irrigation of NO1一一N concentration was measured in lOm scope in the ultra root level with time changing.It quantitative一 1v analyzed and discussed the migration flux and velocity.The result showed that the scale of soil water migra— tion ve1ocitv in the minipore permeation is 44~65 mm/d,the velocity in preferential flow is up to more than 450 mm/d.NO 一 N concentration is accumulated as a peak strip influenced by irrigation,fertilizer and crop ab— SorDtion.The peak strip moves on and its average velocity is 56.3 mm/d.Under higher irrigation quota in the winter,the crops cannot absorb extra urea.The NO3一.N absorbed in upper layer leaches largely,and the 50% urea moves to the lower r。ot zone with the pore water. Consequently it becomes the source of deep soil and ground water pollution. Keywords:irrigation;Loess layer;non.saturated zone;NO3一N;deep migration
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