水足迹视角下江苏省泰州市水资源利用评价

王瑶　张北赢

摘要：在经济快速发展和城镇化率不断提高的同时，城市水资源污染及短缺的现象也日趋严重，因此研究城市水资源利用与经济增长之间的关系显得至关重要。基于水足迹计算模型分析了江苏省泰州市2013～2020年水资源真实占用量及水足迹结构，并结合水资源利用评价指标和经济脱钩理论研究了水资源生态安全状况及水资源利用与经济增长之间的关系。结果显示：① 泰州市農业虚拟水量（即农业水足迹）中，粮食作物虚拟水含量大、经济作物虚拟水含量较小，所选取的10种农作物虚拟水含量变化趋势不一；
畜牧产品中猪肉、禽肉、禽蛋及淡水产品虚拟水含量高，牛羊肉、奶制品虚拟水含量低。② 泰州市水足迹总体呈现下降趋势；
人均水足迹明显高于全国水平；
水足迹构成差异明显，农业水足迹最多，生活、工业、生态和贸易水足迹依次减小。③ 从评价指标得出，泰州市水资源匮乏指数、压力指数偏高，面临较为严峻的水资源短缺危机，水资源利用处于弱可持续发展的状态。④ 水资源利用与经济增长的状态在2013～2015为相对脱钩优质协调发展，2016～2018为强脱钩优质协调发展，2019年为未脱钩不协调发展，2020年为强脱钩优质协调发展。研究成果可以为泰州市水资源利用与发展提供参考。

关 键 词：水足迹；

虚拟水；

经济脱钩；

泰州市；

可持续发展

中图法分类号：
K903 文献标志码：
ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.06.013

0 引 言

水是人类赖以生存和发展的物质基础，与人类的生产生活密切相关。2010年后，随着泰州市三类产业的快速发展，水资源污染及短缺、绿藻蓝藻等各类水资源问题屡见不鲜，已然成为制约泰州市社会经济发展的主要原因之一。如何在绿色可持续发展的背景下，促进城市水资源的可持续利用，使其与经济增长协调发展，成为水资源相关学者的研究重点。

水足迹理论由荷兰学者Hoekstra在2002年首次提出，其大致含义为：一个国家、地区或者一个人，在一定时期内所消耗及消费的产品和服务所需的水资源总量［1］。国外学者根据水足迹理论展开了全球、国家、省、市等不同尺度范围的水足迹结构分析和比较评价［2-5］，不同的饮食方式对蓝水足迹的影响［6］以及某一产品水足迹含量的计算等多方面的研究［7］。而国内学者利用水足迹理论展开了水足迹与农产品［8］、膳食消费［9-10］、水资源利用［11-12］等方面的研究。Vehmast提出经济脱钩的研究方法，后Tapio提出了脱钩模型，并将其用在资源、气体排放等领域［13-14］。国内学者将脱钩模型运用到水足迹的研究领域，进行了黄河流域、山西省、河南省、新疆维吾尔自治区等大尺度的研究，并证明脱钩模型具有合理性［15-17］。

但以往研究尺度多为全国或省域，以城市为尺度的研究较少［18-19］。作为重度缺水的泰州市，尚未有学者从水足迹与经济脱钩理论的视角探讨水资源利用与经济发展协调度的关系。本文以泰州市为研究对象，利用水足迹计算模型计算并分析了泰州市2013～2020年间各年份农业虚拟水量（水足迹）及总水足迹；
并结合水资源生态安全指标与可持续性指标，评价泰州市水资源利用现状；
最后通过脱钩理论分析水足迹与经济增长之间的脱钩关系与动态变化趋势，以期为泰州市水资源可持续利用与发展提供参考依据。

1 研究区概况

泰州市位于中国华东地区，地处长江中下游平原和里下河平原腹地，长江北岸，其地理坐标为 32°01′57″N～33°10′59″N，119°38′24″E～120°32′20″E，市域地势平坦，总面积为5 787 km2，下辖三区三市。作为江苏省八大沿江城市之一，拥有长江岸线96.3 km，是长江经济带发展的重要组成部分，同时受到苏锡常、上海、南京三大都市圈的辐射，是正在努力建设成“承南启北、襟东带西、跨江融合”的节点城市，并在逐步融入长三角城市群的发展，在2016年印发的《长江三角洲城市群发展规划》中被定位为Ⅱ型大城市。2020年，泰州市经济运行较为良好，实现地区生产总值5 312.77 亿元。

泰州市是典型的亚热带季风气候，气候温和，降水多集中在7～9月。2013～2020年降水量平均值为1 142.9 mm；
人均水资源占有量为540.25 m3，研究年份的人均水资源占有量少于江苏省同一时间段的551.05 m3，且远低于全国和世界平均水平。由于水资源总量匮乏，人口众多，人均水资源不足；
水资源空间分布不均匀，地区间水资源利用不平衡，水环境日益恶化，水质型缺水现象日益严重，水资源短缺已经成为泰州市近几年社会经济发展缓慢的重要原因之一。

2 研究方法与数据来源

2.1 水足迹计算模型

水足迹指已知人口在一段时间内消费的所有产品、服务所需要的水资源数量，包括内部和外部水足迹，分别指的是该地区在生产或服务过程中所消耗的水资源量及进口虚拟水总量［1］。公式如下：

WFP=IWFP+EWFP（1）

IWFP=AWU+IWU+DWU+EWU-VWU（2）

EWFP=VWI-VWE（3）

式中：WFP为总水足迹；
IWFP，EWFP为内部、外部水足迹；
AWU为农业虚拟水量；
IWU，DWU、EWU分别为工业、生活、生态用水量；
VWI，VWU为进、出口虚拟水量；
VWE为该地区进口再出口的产品虚拟水量，一般忽略不计［20］。

2.2 不同类型水足迹核算方法

核算工业、农业、生态和生活4种类型水足迹时，农业水足迹和其他3种类型用水计算数据不同。工业、生态和生活水足迹可采用实体需水量，而农业水足迹则需采用农业虚拟水量数据；
同时受国内外、区域间贸易的影响，水足迹可跨原区域界限，因此在水足迹计算时，需考虑净贸易虚拟水量。

农业虚拟水量指农业生产、服务过程中所消耗的蓝水和绿水的总和，包括农、牧产品的虚拟含水量［21］，公式如下：

AWU = In · Qn（4）

式中：In为某种单位产品的虚拟水量；
Qn为某种农牧产品的产量。

2.3 水资源利用评价指标

水资源评价指标旨在衡量一个地区的水资源开发与利用现状，主要有水资源匮乏（WS）、水资源压力指数（WP）和水资源可持续指数（WSI）等多个指标［22-23］，见表1。

泰州市水资源可持续状态和能力的分析将采用WFGI，WAR，WSI三个指标，判别流程见图1。

2.4 脱钩理论

脱钩理论中“脱钩”包括绝对脱钩和相对脱钩，前者指经济增长而能源消耗下降，后者为经济增长而能源消耗相对缓慢上升，根据Vehmast的脱钩指数理论［24-25］，公式如下：

DF = WEF / VGDP（5）

式中：DF，VWF，VGDP分别表示脱钩指数、年均水足迹变化率、年均经济变化率。判别状态见表2。

2.5 数据来源

工业、生态、生活用水足迹及万元产值用水量来源于2013～2020年《泰州市水资源公报》，各种农作物、畜牧作物产量来源于2014～2021年《泰州市统计年鉴》，进出口贸易总额来源于2014～2021年《江苏省统计年鉴》。由于数据获取难度较大，计算进出口贸易虚拟水量时，采用万元产值用水量与进出口贸易总额的乘积，净贸易虚拟水量为进口和出口产品贸易虚拟水量的差值。

3 计算结果分析

3.1 农业虚拟水量（农业水足迹）计算分析

农作物产品和动物产品生产所含的虚拟水组成农业虚拟水。计算公式中，农作物的单位产品需水量借鉴文献［26-28］，文章选取泰州市主要种植的粮食作物产品及其单位产品虚拟水含量：水稻（1.05 m3/kg）、油料（1.62 m3/kg）、小麦（0.96 m3/kg）、薯类（0.76 m3/kg）和玉米（0.84 m3/kg）；
经济作物产品及其单位产品虚拟水含量：水果（0.27 m3/kg）、蔬菜（0.14 m3/kg）、棉花（6.85 m3/kg）、大豆（1.74 m3/kg）和甘蔗（糖料）（0.16 m3/kg）；
动物单位产品虚拟水量借鉴文献［29-30］，文章选取泰州市区域内主要养殖的动物产品及其单位产品：牛肉（13.7 m3/kg）、禽肉（3.97 m3/kg）、猪肉（3.95 m3/kg）、奶类（1.28 m3/kg）、羊肉（5.8 m3/kg）、禽蛋（3.55 m3/kg）和淡水产品（5.0 m3/kg）。农牧产品虚拟水含量见表3。

结合泰州市农牧作物产量、单位虚拟水量，在公式（4）的基础上计算得出泰州市的农业虚拟水量（水足迹），见表3。

农作物产品中，粮食作物虚拟水量大的有水稻、小麦；
虚拟水量小的为薯类、玉米、大豆等；
经济作物中的蔬菜、油料虛拟水量较大，甘蔗、水果、棉花虚拟水量较小，如表3所列。在统计年份中，水稻、小麦等粮食作物的虚拟水量的年均值为19.41亿，10.81亿m3，这与单位面积粮食产量增加、总产量不断提高有密切关系；
而种植规模相对较小的薯类、玉米和大豆的年均值仅为0.15亿，0.37亿，0.92亿m3。但水稻、小麦、薯类、玉米和大豆这5种作物的水足迹整体均呈现下降的趋势，分别由2013年的20.71亿，11.51亿，0.26亿，0.43亿，1.10亿m3下降到2020年的18.05亿，9.92亿，0.08亿，0.33亿，0.77亿m3，侧面反映泰州市不断推行节水农业的灌溉措施具有成效。经济作物种植面积小、水资源利用量较少，其虚拟水量占总虚拟水量的比值不高，水足迹年变化情况较为复杂。其中油料、蔬菜的虚拟水量相对较大，年均值为1.83亿，4.41亿m3；
甘蔗、水果、棉花的虚拟水量相对较小，年均值分别为0.005亿，0.35亿，0.29亿m3。其中油料、棉花在研究年份中的虚拟水量由峰值2.15亿，0.96亿m3下降到1.54亿，0.01亿m3。与上述作物虚拟水量变化趋势不同的是，甘蔗常年的虚拟水量稳定在0.005亿m3，而蔬菜和水果的虚拟水量则出现连年递增的情况，分别由2013年的4.02亿，0.28亿m3增加到2020年的4.75亿，0.41亿m3。反映出泰州市种植业结构发生变化，由原先的重视粮食作物发展，忽视经济作物的发展，开始向重视发展经济作物过渡。

泰州市目前的农业发展符合高效农业的发展趋势，推进节水灌溉措施并在满足本地市场需求的基础上，优先发展虚拟水含量较小的农作物，进一步减少单位产品虚拟水含量高的作物的种植量，使得本地水资源得到合理利用，是泰州市农业水足迹逐年减少的重要原因。

虽然畜牧产品的虚拟水含量在研究年份中变化幅度不大，但变化趋势不一。其中，淡水产品、禽蛋、猪肉、禽肉的虚拟水含量较高，牛肉、羊肉、奶类的虚拟水含量较低，多年均值依次为：19.13亿，4.99亿，7.11亿，1.83亿，0.07亿，0.19亿，0.51亿m3。数值表明淡水产品、猪肉、禽蛋生产数量多，水资源利用量大；
虽然牛肉、羊肉的单位虚拟水含量大，但考虑到当地人饮食习惯，生产数量少，因此水资源利用量也较少。禽肉、羊肉、猪肉总体虚拟水量均呈现下降趋势，需要注意的是，猪肉在2019～2020年出现明显的下降，原因在于非洲猪瘟使猪肉生产量有明显的下降，因而导致虚拟水量出现明显的减少；
牛肉、淡水产品、奶类产品和禽蛋总体上呈现上升趋势，尤其是禽蛋在2019～2020年较前几年有明显的上升，禽蛋虚拟水含量的上升说明其在一定程度上对猪肉具有替代作用。在现有基础上，泰州市可调整动物产品结构，进口水密集型的产品，养殖单位虚拟水量低的动物，以减少区域内动物产品的水资源使用量。

3.2 泰州市水足迹差异性分析

泰州市水足迹分为两部分：虚拟水和实体水，先测算出农业虚拟水量以此作为农业水足迹的数据，后利用公式（1）～（3）计算出其他类型的水足迹，结果见图2。泰州市总水足迹在2013～2015年、2018～2019年呈现上升趋势，2015～2018年、2019～2020年呈现下降趋势，最大值出现在2015年为79.88亿m3，最小值在2018年为72.09亿m3。经分析：总水足迹的增加与减少主要受农业水足迹的影响，两者相关系数为0.99；
其他类型水足迹的波动变化给总水足迹带来的影响均较小。由于研究年份中年末常住总人口数量变化幅度不大，因而人均水足迹与总水足迹变化曲线大致相同，在2013～2014年、2018～2020年增加，2014～2018年减少，最大值出现在2014年，为1 721.21 m3/人，最小值为2018年的1 555.10 m3/人，但最大值和最小值均高于国家年平均水平702 m3/人［18］。

泰州市的水足迹构成极不均衡，各类型水足迹数值差异较大，农业水足迹呈现减少的趋势，工业、生活、生态用水足迹总体呈现增长的趋势。农业水足迹占总水足迹的90%以上，比重最大；
工业、生活、生态的水足迹总和占总水足迹的10%左右，这种分布情况与泰州市现有的三产结构有密切的关系。2013～2020年的贸易虚拟水一直是出口虚拟水大于进口虚拟水，皆为顺差，且值在2014年后趋于增大，进一步提高泰州市水资源的利用程度及加快了水资源的枯竭速度。因此虚拟水贸易在一定程度上并没有缓解泰州市水资源短缺的现状。

3.3 泰州市水资源利用评价

本文根据5个指数评价水资源利用情况，分别为水资源生态安全指标（包含水资源匮乏指数、水资源压力指数）和水资源的可持续性指标（包括水足迹增长指数、可用水资源增长指数、水资源可持续指数），结果如图3所示。

采用水资源匮乏指数（WS）和水资源压力指数（WP）分析泰州市水资源生态安全，以此反映城市水源紧缺的情况和城市可用水源的现状，计算结果见图3（a）。不难发现，水资源匮乏指数均大于1。水资源匮乏指数在2013～2016年、2017～2018年、2019～2020年处于下降趋势；
2016～2017年、2018～2019年处于上升趋势；
最大值为2019年的11.56，最小值为2016年的1.48，多年平均值为4.32。泰州市年均水足迹为76.53亿m3，多年水资源量均值为24.45亿m3，说明存在泰州市水资源供需矛盾，且水资源匮乏程度较高。水资源压力指数在研究年份呈现波动上升的情况，变化情况与水资源匮乏指数完全一致，且数值也大于1，在2013～2016年、2017～2018年、2019～2020年处于下降趋势；
2016～2017年、2018～2019年处于上升趋势，最大值为2019年的12.27，最小值为2016年的1.56，多年均值为4.58，泰州市水资源生态安全状况不容乐观，所研究年份的水资源压力指数均超过了0.31的流域水资源开发阈值［31］，处于严重超载的情况。两个指数虽然多数年份呈现改善的情况，但遭遇到枯水年份时，水资源匮乏指数与压力指数会明显增加，因此在城市发展的同时，如何进一步提高城市水资源利用率则是关键。

泰州市水足迹可持续分析的结果如图3（b）所示，水足迹增长指数（WFGI）在2014～2015年及2019年为正，2016～2018年、2020年为负，最大值为2014年的0.02，最小值为2017年的-0.04。可利用水资源增长指数（WAR）多数年份为正值，在2017，2019年出現负值，最大值为2015年的0.83，最小值为2019年的-0.68。水资源可持续利用指数（WSI）变化不稳定，在2017年之前呈可持续发展状态，2017年后交替出现可持续与不可持续的状态。上述结果显示，泰州市水资源利用呈现弱可持续发展状态，侧面体现泰州市落实“三条红线”、推行“河长制”、构建节水型城市等工作的效果显著。而2017年与2019年呈现不可持续的发展状态，分别是2016年降水量远超多年降水量平均值以及2019年的降水量远少于多年降水量平均值使得当年可用水资源匮乏，造成可利用增长指数急剧减少。由于可用水资源量受降水、气温、地形等不可控因素的影响，在现有节水工程或措施的基础上，如何进一步降低水足迹，缓解泰州市水质型缺水、因降水量减少而造成的水资源短缺等问题，成为水资源能否持续利用的关键。

3.4 泰州市水资源利用与经济增长脱钩关系评价

泰州市水资源利用与经济增长之间关系为相对脱钩、优质协调发展的状态。如图4所示，研究年份中，泰州市水足迹变化率范围为-0.05%～0.02%；
经济增长速度范围为0～0.16%，2018年后有明显的放缓迹象；
除2019年外，其他年份脱钩指数均为-0.5%～0.5%，根据图中趋势线可判断出泰州市经济增长水平高于水资源消耗速度，即经济增长的同时水足迹不断下降，两者呈现背离的状态。研究年份中GDP的年均增长率为8.6%，水足迹年均增长率为-1.1%，除2019年表现为未脱钩不协调发展状态外，在2014～2015年表现为相对脱钩优质协调发展，2016～2018年、2020年表现为强脱钩优质协调发展。原因在于随着多项节水措施的推行及产业结构的调整，正常降水年份中，水资源利用与经济增长由弱脱钩正在向强脱钩的协调状态发展。

泰州市若想更好地促进水资源利用与经济的良好发展，应努力做到：① 可在现有节水工程和措施的基础上，注重发展现代农业，减少种植虚拟水含量大的作物，调整畜牧产品的结构，进一步改善贸易虚拟水的现状；
② 积极推进经济转型发展策略，不断优化产业结构，进一步降低农业用水比重，同时可对不同行业进行差别水价，发挥价格杠杆作用；
③ 最后还需落实严格的水资源管理制度，抓好各类产业的节水工程建设，提高用水效率，以此促进泰州市水资源利用与经济协调发展。

4 结 论

本文运用水足迹模型和经济脱钩理论，结合5个水资源评价指数，分析了泰州市农业的虚拟水量（即农业水足迹）、内外部水足迹构成等；
研究了2013～2020年泰州市水资源利用现状与经济增长之间的关系，结论如下：

（1） 泰州市粮食作物中水稻、小麦虚拟水量大；
薯类、玉米、大豆虚拟水量较小。经济作物中油料、蔬菜虚拟水量大；
棉花、水果、甘蔗（糖料）虚拟水量小。畜牧产品中，猪肉、淡水产品、禽肉、禽蛋水足迹明显高于牛羊肉、奶类制品。

（2） 泰州市水足迹总体呈下降趋势，人均值也呈下降趋势；
内部水足迹构成差异较大，农业水足迹最大，呈下降趋势；
其次为生活水足迹、工业水足迹、生态水足迹，均呈现上升趋势；
贸易水足迹一直为顺差。

（3） 从水资源评价方面看，泰州市水资源匮乏指数和压力指数偏高，水资源利用状态为弱可持续发展。

（4） 从水资源利用与经济发展关系看，2013～2015年为相对脱钩优质协调发展，2016～2018年为强脱钩优质发展，2019年为未脱钩不协调发展，2020年为强脱钩优质协调发展。

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（编辑：江 文）

Evaluation of water resources utilization in Taizhou City，Jiangsu Province from perspective of water footprint

WANG Yao，ZHANG Beiying

（School of Geography & Geomatics and Planning，Jiangsu Normal University，Xuzhou 221000，China）

Abstract：
With the rapid development of economy and increasing urbanization rate，the phenomenon of water resources pollution and shortage in the city is becoming more and more serious.Therefore，it is important to study the relationship between urban water resources utilization and economic growth.Based on the water footprint calculation model，this paper analyzed the actual water resources occupation and water footprint structure of Taizhou City from 2013 to 2020，and studied the ecological security of water resources and the relationship between water resources utilization and economic growth based on the evaluation index of water resources utilization and economic decoupling theory.The results showed that ① Among the agricultural virtual water volume of Taizhou City，the virtual water content of food crops was large and that of cash crops was small，and the virtual water content of the selected ten crops had different trends.In livestock products，the virtual water content of pork，poultry meat，poultry eggs and fresh water products is high，while the virtual water content of beef，mutton and dairy products is low.② The water footprint of Taizhou City showed a downward trend.The per capita water footprint is significantly higher than the national level.The composition of water footprints is significantly different，with agriculture having the largest water footprint，and domestic，industrial，ecological and trade water footprints decreasing in turn.③ From the evaluation indicators，it was concluded that Taizhou had a high water shortage index and pressure index，faced a relatively severe water shortage crisis，and water resources utilization was in a state of weak sustainable development.④ The state of water resources utilization and economic growth was relatively decouple-quality coordinated development in 2013～2015，strongly decouple-quality coordinated development in 2016～2018，undecouple-uncoordinated development in 2019，and strongly decouple-quality coordinated development in 2020.The research results can provide a reference for the utilization and development of water resources in Taizhou City.

Key words：
water footprint；
virtual water；
economic decoupling；
Taizhou City；
sustainable development

收稿日期：2022-07-23

基金項目：国家自然科学基金项目（41701025）；
江苏师范大学研究生科研创新计划项目（2021XKT0064）

作者简介：王 瑶，男，硕士研究生，主要从事区域水资源可持续发展研究。E-mail：2395190571@qq.com

通信作者：张北赢，女，副教授，博士，主要从事生态水文和同位素水文方面的研究。E-mail：zhangbeiying@163.com

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