基于水足迹理论的太原市水资源利用评价分析

0 引言

水资源是经济社会可持续发展的重要资源。水资源利用评价是保证水资源可持续开发的前提，是科学利用水资源的基础。由于水资源是一个复杂的系统，受人口、经济、生态环境、天然时空分布等诸多因素制约，所以区域水资源评价的精确度较难控制。

火草布,透气性和保暖性十分好,冬暖夏凉，有棉毛混纺的效果。火草布是傈僳族人衣着的主要材料，制作成衣服、包、被子等生活用品，也是丧葬中必需的用料。中国西南少数民族制作和使用火草布的历史悠久,文献记录已有500多年。衣着为火草衣的民族众多,包括傈僳族、纳西族、彝族、白族等。其采用野生植物的叶子为纺织原料,在中国纺织史上十分独特且罕见,可以说是西南少数民族的一项重要的创造发明。

水足迹是指1个国家、1个地区或1个人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。该理论是由荷兰屯特大学的Hoekstra教授于2002年提出的［1］。目前，对于区域水足迹核算的研究是水足迹研究的热点和主要内容，主要目的是通过水足迹的核算，分析区域用水效率、用水结构是否合理，为改善区域水资源的利用效率提供依据。但是，国内外学者对区域尺度的水足迹核算主要局限于经济比较发达和水资源稀缺的省份［2～6］。山西省位于干旱区和湿润区的过渡地带，水资源利用有其独特的脆弱性。太原市是山西省的省会城市，位于汾河河谷平原腹地，地势平坦，土地肥沃，农业发达，同时拥有煤炭、冶金、机械、化工等14大类工业，是山西省工农业均较发达的地区。水资源短缺一直是制约太原市发展的重要因素。因此，对太原市水足迹的研究对晋中地区乃至山西省水资源的可持续利用有重大意义。

1 研究方法

1.1 水足迹计算方法

参照已有的研究［7～12］，采用自上而下法（从产品的角度计算区域水足迹）对太原市的水足迹进行计算。将太原市水足迹WFP分为农业水足迹AWU、工业水足迹IWW、居民生活水足迹DWW、生态环境水足迹EWW和虚拟水净贸易量 （VWI－VWE）5个账户进行核算，其表达式如式（1）所示。对于工业水足迹、居民生活水足迹和生态环境水足迹的研究还处于起步阶段，缺乏被普遍认可的计算方法，而且大多消耗的都是实体水，虚拟水所占的比重较小。因此，对这部分水足迹的计算直接引用了山西省水资源公报中工业用水量、居民生活用水量和生态环境用水量作为其水足迹值，进出口虚拟水量则采用万元产值用水量进行估算。对于农业水足迹采用式（2）和式（3）进行计算。

 

式中：WFP为山西省水足迹，m3；Mn为第n种产品的产量，kg；VWn为单位第n种产品的虚拟水含量，m3／kg；M′n为第 n 年的进出口贸易值， 元；GDPn为第n年的生产总值，元；Wn为n年的总生产耗水量，m3。

1.2 基于水足迹的水资源评价指标

水足迹能够反映人类对水资源的真实占用情况。基于水足迹计算结果的水资源利用评价更接近真实情况。根据水足迹原理、构成以及与水资源利用之间的关系，构建了区域水资源评价的水足迹指标［13～16］。

1.2.1 水足迹结构指标

水足迹结构指标包括水资源进口依赖度WD和水资源自给率WSS。WD是指区域依赖外部水资源的程度，等于外部水足迹EWFP与该区域水足迹WFP 的比率，即 WD＝（EWFP／WFP）×100%。WSS 反映区域使用本地水资源的程度，等于区域内部水足迹与该区域水足迹的比率，即 WSS＝（IWFP／WFP）×100%。

1.2.2 水足迹效益指标

（1）内部效益指标。内部效益指标包括万吨水足迹人口密度、水足迹经济效益、水足迹土地密度和水足迹废弃率。万吨水足迹人口密度是指水足迹支撑人口的能力，等于区域人口总数与区域水足迹的比值，即万吨水足迹人口密度＝TP／WFP。水足迹经济效益是指万元GDP所耗用的水足迹，即水足迹经济效益GDP／WFP。水足迹土地密度是指水足迹能承载的土地面积的能力，等于区域水足迹与该区域面积的比值，即水足迹土地密度＝WFP／A。水足迹废弃率是指水资源的有效利用程度，等于区域弃水量与水足迹的比值，即水足迹废弃率＝废水量／WFP。

㉛㊱㊲阿莱达·阿斯曼:《记忆中的历史》，袁斯乔译，南京大学出版社2017年版，第11～12、19、49～50页。

在原理上，通过控制断路器在故障相的操作以及两个正常相情况下的单相接地故障，所构造的混合方案可以显著地减少次级电弧的灭弧时间，从而加速了输电系统在瞬态故障条件下重合闸的正常运行。

1.2.3 水资源生态安全指标

水资源生态安全指标包括水资源匮乏指标WS和水资源压力指数WP。水资源匮乏指标反映出区域水资源紧缺状态，等于区域水足迹与可用水资源量的比值，即 WS＝（WFP／WA）×100%。 水资源压力指数反映区域生产需水量对可用水资源量的作用强度，等于区域内部水足迹与其出口虚拟水量之和与区域可用水资源量的比值，即 WP＝（IWFP＋VWE）／WA。

式中：WFi为 i年区域水足迹，亿 m3；Pi为 i年区域人口总数，人；GDPi／Pi为 i年区域人均 GDP，表示经济驱动因素，万元/人；WFi／GDPi为区域水足迹强度，亿m3/万元，即i年区域万元GDP的水足迹使用量，也是水足迹评价中的一个重要指标，表示效率驱动因素。

水资源可持续性能指标包括水足迹增长指数WFPR、可用水资源增长指数WAR和水资源可持续利用指标WSI。WFPR是指区域水资源耗用量的变动幅度，等于末一年水足迹WFP2与其上一年水足迹WFP1之差与上一年水足迹WFP1的比值，即WFPR＝（WFP2－WFP1）／WFP1。WAR 是指区域水资源可利用量的变动幅度，等于末一年可用水资源WA2与前一年可用水资源WA1之差与前一年可用水资源 WA1的比值，即 WAR＝（WA2－WA1）／WA1。 WSI反映区域水资源的可持续利用状况和能力，等于水足迹增长指数绝对值与可利用水资源增长指数绝对值的比值，即WSI＝WFPR／WA 。

运用水资源可持续性能指标判定区域水资源可持续状态和能力的流程图如图1所示。

  

图1 区域水资源可持续性判断流程Fig.1 Regional water resources sustainable judgement flow

1.3 水足迹驱动力计算

结合已有研究对水足迹及相关环境对象影响因素的分解过程，将水足迹的驱动因素分解为人口效应、经济效应和效率效应3个影响因素，其表达式如式（4）所示［17～18］。

平凹吃面，笔下自然要写面。他曾经写了一篇《话说岐山面》的美文，流传甚广。他是以文字向心中的美食致敬呢！

2013年9月10日国务院颁发了《大气污染防治行动计划》(国发〔2013〕37号)(以下简称《计划》)，拉开了全国大气污染实质性协同治理的序幕。《计划》为我国大气污染治理制定了奋斗目标：“经过五年努力，全国空气总体质量改善，重污染天气较大幅度减少；京津冀、长三角、珠三角等区域空气质量明显好转。力争再用五年或更长时间，逐步消除重污染天气，全国空气质量明显改善。”①同时《计划》将全国范围内的京津冀、长三角、珠三角等区域设定为雾霾治理需要重点突破的区域。

 

1.2.4 水资源可持续性能指标

设基年的区域水足迹为WF0，t年的区域水足迹为WFt，从基年到t年的水足迹变化量为△WF。根据LMDI模型，结合驱动力分解公式，可将水足迹变化的影响因素进行分解，如式（5）所示。

 

式中：Pe为人口因素对于水足迹变化量的贡献度；Ae为经济进步对水足迹变化量的贡献度；Te为技术进步对水足迹总量变化的贡献度。3个驱动因素贡献度的计算如式（6）～式（8）所示。

 

2 太原市水足迹分析

2.1 太原市水足迹变化趋势分析

利用式（1）～式（3），核算了太原市 2006～2015年的水足迹，结果如图2所示。由图2可知，在太原市水足迹的变化大致可分为3个阶段，2006～2008年，太原市的水足迹逐年递增，从12.51亿m3增加到17.46亿m3；2008～2010年，水足迹值逐年递减，从17.46亿m3递减到 14.73亿 m3；2010年之后，太原市的水足迹大致稳定在16亿m3左右。

比较太原市2006～2015年水足迹、供水量和用水量的关系发现，计算时段内，太原市实体水的供水量和用水量基本达到了平衡，水足迹值远远大于实体水的消耗。这说明，太原市水资源利用除了统计的实体水消耗之外，还存在大量的虚拟水。

  

图2 太原市水足迹变化趋势分析Fig.2 Water footprint change trend analysis of Taiyuan city

2.2 太原市水足迹组成结构分析

分别计算太原市2006～2015年的农业水足迹AWU、工业水足迹IWW、居民生活水足迹DWW、生态环境水足迹EWW和虚拟水净贸易量 （VWIVWE），结果如表1所示。从表1可以看出，农业水足迹是太原市水足迹的主要组成部分。这主要是因为工业水足迹、居民生活水足迹和生态环境水足迹主要消耗的是实体水资源，而农产品在生产的过程中消耗了大量的虚拟水，因而农业水足迹在整个水足迹中所占的比重最大。

 

表1 太原市水足迹结构组成（亿m3）Tab.1 Water footprint structure composition of Taiyuan city(Unit:a hundred million m3)

  

年份 农业水足迹AWU 工业水足迹IWW 居民生活水足迹DWW 生态环境水足迹EWW 净贸易量2006 8.51 2.30 2.12 0.08 0.51 2007 8.80 2.41 2.22 0.09 0.27 2008 13.72 2.26 2.00 0.42 0.94 2009 8.90 1.68 2.09 0.64 －0.83 2010 8.97 1.95 2.20 1.03 －0.58 2011 11.07 1.98 2.72 0.70 0.39 2012 11.36 2.11 2.66 0.68 0.01 2013 11.24 2.12 2.68 0.73 0.29 2014 11.74 2.18 2.61 0.63 0.47 2015 11.37 2.70 2.76 0.25 0.48

3 太原市水资源可持续利用评价

3.1 太原市水足迹评价指标核算

根据区域水足迹评价指标体系，核算了太原市水足迹评价指标，结果如表2所示。

3.2 太原市水足迹指标分析

3.2.1 水足迹结构指标分析

2006～2015年，太原市的水足迹自给率一直在90%上下波动，与2007年Hoekstra教授核算的中国水足迹自给率93.6%基本一致。这表明，太原市水资源利用主要依靠本地水资源的开发，对外界水资源的依赖程度较低。因此，可适当增加对外界水资源的利用，优化水资源配置。

3.2.2 水足迹效益指标分析

将水足迹的驱动因素分解为人口效应、经济效应和效率效应，计算各驱动因素贡献度，结果如表3所示。

从水足迹外部效益来看，水足迹净贸易量除了2009年和2010年小于0之外，其余年份均大于0。这说明，太原市在大部分年份的输出虚拟水大于输入虚拟水，属于水资源输出地。水资源贡献率表明本地区可用水资源量对其他地区水资源消耗的贡献水平，指标越大，说明一个地区对缓解其他区域开发利用水资源压力的帮助越大。太原市水资源贡献率的变化大致可分为3个阶段，2006～2008年，水资源贡献率波动较大，分别为14%、7%和25%；2009～2010年，水资源贡献率皆为负值，分别为－19%和－16%；2011～2015年，水资源贡献率呈现波动上升的状态，从7%逐渐增长到了11%。

有机农业植物保护不仅包含要对植物进行保护，还要求对人、环境以及社会生态多样性进行保护以及持续关注，其涉及到整个社会和生态系统的平衡发展，对有机农业植物保护在安全和质量方面有着较高的要求，因此，探讨有机农业植物保护方法的先进性、科学性以及安全性，促使生态环境健康、长远发展具有重大意义。

3.2.3 水资源生态安全指标分析

水资源利用的效率同样是影响水足迹变化的因素之一。从核算的结果来看，计算时间内，太原市水资源的利用效率是在不断提高的。但相对于经济效应驱动力而言，增长幅度较小，经济效应的均值为19.42，而效率效应均值只有－0.98。所以，水资源利用效率虽然减缓了水足迹的增长，但没有经济增长所带来的影响大。

清朝，聪明的吃货们又制作出了“耐饥丸”这种方便食品。具体做法，是将糯米炒至发黄，倒在石臼中晾晒。再将红枣入锅蒸熟，去皮、去核，同样倒入石臼中晾晒。然后就用大杵捣石臼中的糯米和红枣。捣烂和匀之后，将糊糊取出来，团成一个个鸡蛋大小的丸子。最后，铺到苇叶上晾晒风干。清朝学者李化楠曾记载，这种耐饥丸的效果十分显著，吃上一丸，管保半天不饿。他在余姚任职县令的时候，就曾经号召广大农民群众趁着丰收年多制作些耐饥丸，以备灾荒缺粮时食用。

［4］ Hoekstra A Y， Chapagain A K.The water footprints of Morocco and the Netherlands：Global Water use as a result of domestic consumption of agricultural commodities［J］.Ecological Economics，2007，64（1）：143－151.

结合区域水资源可持续性判断流程图可知，2006～2015年，太原市水资源可持续利用性呈现不断变化的状态。2006～2007年，处于不可持续状态；2008～2010 年，为可持续状态；2012～2013 年，为不可持续状态；2014年为可持续状态；2015年又处于不可持续利用的状态。太原市水资源可持续利用性能在很大程度上受制于本地区可用水资源量的增长情况，这也与太原市水资源高度自给的情况是相符的。2007年和2008年，太原市水足迹增长指数为－19%，而可用水资源增长指数则达到16%。这表明，水足迹量在减少，而可用水资源量在相应增加。所以，2008年，太原市的水资源利用处于可持续的状态。2009和2010年的可用水资源增长指数分别为－18%和56%，整体上可用水资源的增长幅度仍然大于同年水足迹的增长指数。故这两年太原市的水资源利用可持续性能是良好的。2011年以后，太原市可用水资源增长指数均为负值，说明本地区的可用水资源量在不断减少，而同一时间水足迹增长指数均为正值但变化并不大。所以，除2013年之外，其余年份均为不可持续状态。

（2）外部效益指标。外部效益指标包括水足迹净贸易量和水资源贡献率。水足迹净贸易量是指本地出口虚拟水量与进口虚拟水量的差值，即水足迹净贸易量＝VWI－VWE。水资源贡献率是指区域水资源可利用量对其他区域的贡献水平，等于水足迹净贸易值与可用水资源量的比值，即水资源贡献率＝（VWI－VWE）／WA。

 

表2 太原市2006～2015年水资源利用评价指标值Tab.2 Water resources utilization estimation index from 2006 to 2015 of Taiyuan city

  

评价指标 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015水足迹结构指标水足迹自给率WSS/% 91 89 93 89 88 94 94 95 95 95水足迹依赖度WD/% 9 11 7 11 12 6 6 5 5 5水足迹效益指标水足迹净贸易量/亿m3 0.5 0.3 0.9 －0.8 －0.6 0.4 0.1 0.3 0.5 0.5水资源贡献率/% 14 7 25 －19 －16 7 1 6 10 11水资源生态安全指标水足迹废弃率/% 27 22 18 14 13 11 7 13 11 13水足迹经济效益/（万元/亿m3） 78 92 84 102 113 121 128 137 141 149万吨水足迹人口密度/（人/104t） 28 24 20 25 26 26 25 26 26 26水足迹土地密度/（m3/km2） 179 190 250 202 211 230 240 236 239 237外部效益指标内部效益指标水资源匮乏度WS/% 347 331 469 326 416 291 332 354 372 389水资源压力指数WP/% 361 338 494 307 400 298 332 360 382 400水资源可持续性能指标水足迹增长指数WFPR/% 6 32 －19 4 9 5 －2 1 －1 －可用水资源增长指数WAR/% 2 2 16 －18 56 －8 －8 －4 －5 －水资源可持续利用指标WSI 3 16 1.19 0.22 0.16 0.63 0.25 0.25 0.2 －

4 太原市水足迹驱动力分析

4.1 各驱动因素贡献度计算

计算时间内，太原市整体的水足迹效益一直在稳步提高。这说明，在生产生活中，水资源得到了有效利用，发挥着积极的作用。从水足迹内部效益来看，太原市的水足迹废弃率逐年递减，从2006年的27%降低到2015年的13%。这说明，太原市的水资源利用效率在逐年提高，产生废弃水资源的比例逐年下降。与此同时，太原市的水足迹经济效益指标从2006年的78万元／亿m3增加到了2015年的149万元／亿m3。这说明，在水资源利用效率提高的同时，单位水资源所产生的经济效益也越来越高。这与我国经济快速发展的大趋势是相符的。万吨水足迹人口密度反映区域每万吨水足迹供给的人口数，指标越高，区域水足迹支撑的人口越多，水资源在区域内起到的有效作用就越大。太原市万吨水足迹人口密度10年来基本稳定在26人／104t，没有太大变化。其主要原因是，随着经济的发展，大量外来人口涌入。水足迹土地密度从空间上反映区域耗用水资源的情况，指标越高，说明单位面积耗用水资源的数量越大。2006～2015年，太原市的水足迹土地密度呈不断增长的状态。这说明，随着人口密度的加大，居民生活水平不断提高，对生产生活和各类商品的要求越来越高，单位面积所耗用的水资源量也在不断加大。

复杂工程突发事件[1]是指超出正常资源和组织应对能力的突发事件，以及对健康、生命、财产或环境构成直接风险的情况。国内外学者对复杂工程突发事件应急情报管理体系、情报流程优化及情报理论支撑突发事件应急应用等方面进行了相关研究。

4.2 各驱动因素对水足迹影响分析

在计算时间内，太原市的人口从344.3万增加到了432万人，人口的增加必然带来水资源需求的增加，因而可以看到，2006～2015年，太原市人口效应的贡献率为3.43，为正向驱动力，平均每年增长0.38，对水足迹的增长起到推动作用。

由图5可见，活性炭和秸秆灰渣的吸附效果均随投加量增加而增加。当投加量达到2.5g后秸秆灰渣的吸附能力增加缓慢。活性炭的脱色率高于灰渣，脱色率最高高于90%以上，灰渣的脱色率高于80%。即秸秆灰渣具有良好的吸附性。

 

表3 太原市水足迹变化驱动力分析Tab.3 Water footprint change driving analysis of Taiyuan city

  

人口效应 经济效应 效率效应2006～2007 0.05 2.86 －2.17 2007～2008 0.06 2.74 1.41 2008～2009 0.14 －0.39 －3.07 2009～2010 1.25 0.81 －1.47 2010～2011 1.59 0.83 －1.08 2011～2012 0.08 1.58 －0.93 2012～2013 0.08 0.72 －1.12 2013～2014 0.08 0.54 －0.42 2014～2015 0.08 0.81 0.00 2006～2015 3.42 10.50 －8.85均值 0.38 1.17 －0.98比例/% 15 46 39

太原市2006～2015年的GDP从974亿元增长到了2 479亿元，经济增长了2.5倍。随着经济的发展，对水资源的需求也在不断增加，所以经济效应是影响水足迹增长变化最主要的因素，达到174.82，占总比例的93%，属于正向驱动力。水足迹的增长一方面反映了太原市经济的增长，另一方面也说明了在经济发展的同时，有关部门对水资源的安全和可持续利用考虑不足。

在计算时段内，太原市水资源匮乏度和水资源压力指数都大于300%。这说明，太原市水资源长期处于高强度开发状态，水资源生态安全未能得到保障。因此，应合理利用水资源，提高水资源利用效率，降低水资源开发强度，从而实现水资源的可持续利用。

5 结语

根据对太原市2006～2015年的水足迹核算，对其水资源利用的可持续性进行了评价，得出如下结论。

（1）太原市对水资源的实际占用量要高于表面上的水资源使用量。在水足迹的组成结构中，农业水足迹是水足迹的主要部分。因此，调整农作物种植结构，提高农业水资源利用效率是太原市水资源可持续利用的有效途径。

（2）太原市水资源长期处在高强度、超负荷的开发之下，并且主要依赖于本地水资源的供给，可持续性较低。因此，适当增加对外部水资源的利用率，合理配置水资源，减少对于本地水资源的深度开发是未来发展的必然选择。

（3）造成太原市水足迹变化的主要驱动力因素是经济的发展，这与全国经济发展的相关状况是相符的，也与太原市长期以来以粗放的煤炭等重工业为主要发展方式，对水资源生态安全和可持续性重视不足有关。因此，提高水资源利用效率、改变粗放的经济发展方式有利于太原市水资源的可持续发展。

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李莉继续过着这样“俗气”的生活，而且前所未有地踏实安心，不用撑着高尚，不用隐忍不发，不必忍受别离，不必担心怯懦。

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3.2.4 水资源可持续性能指标分析

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还有富水河边的毛毛，娘也来看你了。就数你最可怜，冇成人形儿就背井离乡。十年生死，娘总也忘不了，那条水清流急的富水河，那座林木茂盛的青山丘，那窄窄的石浮桥，高高的黄桷树……娘把你的坟墓朝向北边，你望得见远方的家乡吗？娘在年节里给你烧的纸钱，你收到了吗……

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《教育大辞典》将亲职教育定义为：“对父母实施的教育，其目的是改变或提升父母的教育观念，使父母获得抚养、教育子女的知识和技能”。现实中，我国的亲职教育体系起步晚，发展还很不完善，主要依靠官方的家长学校、社会媒体的传播和代际经验的传递，内容零散。缺乏科学系统的规划和专业人士的推进指导，主体单一，执行力不足，且覆盖面受限。难以为家长提供与时俱进的育儿理念、系统化的育儿技能，更不能满足新形势下为人父母者日益迫切的个性化的教育需求。

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在护理学基础教学中引入护理临床差错案例，加强护生护理风险教育，是对护理学基础课程内容的延伸与拓展，不仅拉近了理论教学与临床实际工作的距离，更增强了护生的法律意识和风险防范意识，顺利实现护理教育与临床工作的对接。

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