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  中国水土保持科学   2020, Vol. 18 Issue (3): 74-80.  DOI: 10.16843/j.sswc.2020.03.009
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引用本文 

焦隆, 王冬梅. 基于DPSIR模型和水足迹理论的桂林市水资源承载力研究[J]. 中国水土保持科学, 2020, 18(3): 74-80. DOI: 10.16843/j.sswc.2020.03.009.
JIAO Long, WANG Dongmei. Carrying capacity of water resources in Guilin city based on DPSIR framework and water footprint theory[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2020, 18(3): 74-80. DOI: 10.16843/j.sswc.2020.03.009.

项目名称

"十二五"国家科技支撑计划项目"漓江流域水陆交错带生态修复关键技术与示范"（2012BAC16B03）

第一作者简介

焦隆(1988-), 男, 博士研究生。主要研究方向:水土保持与生态修复。E-mail:bjfu_jiao@163.com

通信作者简介

王冬梅(1963-), 女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:水土保持与生态修复。E-mail:dmwang@126.com

文章历史

收稿日期：2019-06-03
修回日期：2020-03-18
Contents              Abstract              Full text              Figures/Tables              PDF
基于DPSIR模型和水足迹理论的桂林市水资源承载力研究
焦隆 , 王冬梅     
北京林业大学水土保持学院, 100083, 北京
收稿日期：2019-06-03; 修回日期：2020-03-18
项目名称："十二五"国家科技支撑计划项目"漓江流域水陆交错带生态修复关键技术与示范"（2012BAC16B03）
第一作者简介：焦隆(1988-), 男, 博士研究生。主要研究方向:水土保持与生态修复。E-mail:bjfu_jiao@163.com
通信作者简介：王冬梅(1963-), 女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:水土保持与生态修复。E-mail:dmwang@126.com
摘要：水资源及其承载力评价能够为水资源规划、保护和合理利用提供基础支撑，对于区域水资源科学管理、维持区域生态安全和可持续发展具有重要意义。以广西省桂林市为研究区，基于DPSIR模型和水足迹理论，评估了城市水资源现状，并揭示2013-2017年水资源承载状态。结果表明：1）压力、状态和影响指标显示，现阶段桂林市水资源状况良好，且具有改善趋势，但驱动力和响应指标表明，未来社会经济发展过程中水资源仍面临一定压力；2）桂林市2013-2017年水资源平均供给量为需求量的1.35倍，存在水资源生态盈余；万元GDP水资源生态足迹平均为0.48hm2/万元，为广西省平均水平，但明显高于国内其他地区。由此可见，桂林市水资源利用效率较低，在我国还处于较低水平。因此，管理部门还需加强水管理和环境保护等方面的政策倾斜和资金投入。
关键词：水资源评价    水足迹    水资源承载力    DPSIR模型    桂林    
Carrying capacity of water resources in Guilin city based on DPSIR framework and water footprint theory
JIAO Long , WANG Dongmei     
School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, 100083, Beijing, China
Abstract: [Background] The evaluation of water resources and its carrying capacity can provide basic support for water resources planning, protection and rational utilization, which is of great significance for the scientific management of regional water resources, the maintenance of regional ecological security and sustainable development. In China, water footprint studies are mostly concentrated in northern areas, especially in areas and cities where water resources are relatively scarce, such as Beijing, Gansu and Liaoning, while that in southern areas got relatively few attentions. [Methods] Based on DPSIR (Driver-pressure-state-impact-response) framework, this study established the evaluation index system and assessed the water resources in the Guilin city, China. At the same time, the water footprint and carrying capacity of water resources in Guilin were evaluated and analyzed using water footprint model. [Results] 1) From 2013 to 2017, the pressure index (e.g. total water consumption, agricultural water consumption, and COD discharge amount) showed a downward trend, while the state and influence index (e.g. total water resources, water consumption in GDP of RMB Yuan 10, 000) showed a certain upward trend. All these indicated that water resources of Guilin city were in good condition and were developing in a positive trend. However, the corresponding driving force indicators (e.g. total population, total GDP, value-added of tertiary industry) were increasing, which may cause a certain amount pressure on water resources in the future development process. 2) During 2013-2017, the average carrying capacity of water resources in Guilin city was 9.1624 millionhm2, and the per capita carrying capacity of water resources was 1.75hm2. The average water resources supply was 1.35 times of the demand of water resources. The carrying capacity of water resources was substantially larger than the ecological footprint of water resources and the Guilin city was in the state of ecological surplus. Moreover, the average ecological footprint of water resources of 10, 000 RMB Yuan GDP was 0.48hm2, which was at the average level of Guangxi province. However, it was obviously higher than other areas in China. [Conclusions] There are relatively adequate water resources in Guilin city. But the water use efficiency in Guilin is still at a relatively low level in China. The future pressure on water resources should not be ignored with the social-economic development. We suggest that Guilin's government should strengthen the management of environmental protection and water resources protection, such as policy inclination and capital investment, in order to guarantee the regional sustainable development.
Keywords: water resources assessment    water footprint    carrying capacity of water resource    DPSIR framework    Guilin    

水资源评价是对某一流域或区域水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件所作的分析、判断及评估过程，作为水资源开发利用和规划管理的基础性前期工作，为水事活动和决策提供重要依据[1]。水资源承载力是水资源评价的重要方面，它是水资源短缺地区能否支持人口、经济与环境协调发展的一个“瓶颈”指标，目前对其定义尚无统一的理解，笔者引用左其亭[2]给出的定义：水资源承载力是指，一定区域、一定时段，维系生态系统良性循环，水资源系统支撑经济社会发展的最大规模。

城市水资源问题复杂、区域差异性明显，现有城市水资源评价指标体系庞杂繁琐，可操作性不高，很难为城市水资源管理提供理论依据[3-4]。Hoekstra在“虚拟水”(virtual water)理论的基础上于2002年提出了“水足迹”(water footprint)的概念，是指已知认可在一定时间内消耗的所有产品和服务所需的水资源的数量[5]，其理论源于加拿大经济学家Wiiliam Rees于1992年提出的“生态足迹”(Ecological Footprint)理论[6-7]。水足迹概念的提出为研究者从生命周期的角度研究水资源利用过程，为水资源高效利用提供了科学的评判依据和手段[8-10]。我国水足迹研究起步较早，但多集中于北方地区，尤其北京、甘肃、辽宁等水资源较为短缺的地区和城市，而对南方地区水足迹的研究则相对较少[11-14]。

桂林市是全国年降水量最高的城市之一，水资源总量丰富，但随着社会经济的发展以及用水量的持续增长，城市水资源已有短缺的趋势；同时，由于漓江丰、枯径流量差异明显，枯水期径流量占全年径流量的比例 < 20%；再加上桂林市用水效率较低[15]，使得桂林市水资源承载力持续降低，因此对其进行水资源承载力分析和研究具有重要意义。笔者以南方城市桂林为研究对象，基于DPSIR(驱动力-压力-状态-影响-响应)模型，对研究区水资源状况进行评价；同时，借助水足迹模型，对桂林市的水足迹及水资源承载力进行分析评价，基于水资源生态赤字、水资源供需平衡指数、万元GDP水资源生态足迹等指标对水资源承载力进行评价，以期为我国城市水资源管理提供参考。

1 研究区概况

桂林市位于广西壮族自治区东北部，属于珠江水系的桂江流域范围。E 109°36′50″~111°29′30″，N 24°15′23″~26°23′30″，境域南北长236 km、东西宽189 km(图 1)。北接湖南、贵州，西南连柳州，东邻贺州，总面积2.77万km2。地形为西部、北部及东南部高，中部较低。以中山或低中山地形为主，山峰海拔多在1 000 m，属山地丘陵地区及典型喀斯特岩溶地貌。气候属亚热带季风气候。境内气候温和，雨量充沛，无霜期长，光照充足，热量丰富，夏长冬短，四季分明且雨热基本同季，年平均气温接近19.1 ℃，年平均降雨量1 887.6 mm，年平均相对湿度为76%。桂林市森林资源丰富，森林覆盖率70.91%。桂林市处于西江支流的桂江流域，境内漓江流域面积1万2 565 km2，干流长295.27 km，实测多年平均径流量为128.95亿km3，多年平均流量408.9 km3/s。

图 1 研究区位置图 Fig. 1 Location of the study area
2 研究方法

本研究基于DPSIR模型构建水资源评价指标体系。压力-状态-响应(PSR)模型是环境评价中应用最为广泛的理论模型，欧洲环境署基于PSR模型，并结合环境及社会关系的综合因素，提出了DPSIR模型，即将“驱动力”和“影响”加入压力-状态-响应(PSR)模型[16]。其中，各评价指标的权重采用熵权法[17]确定，评价方法采用综合指数法[18]。水足迹计算应用张义等[19]提供的计算公式，水资源承载力分析主要参考刘佳骏等[20]、陈冬冬等[21]和李兴正等[22]的研究。本研究数据来源于《桂林市国民经济和社会发展统计公报》《广西壮族自治区水资源公报》《桂林市环境质量公报》等公开资料内的数据，其中《桂林市国民经济和社会发展统计公报》来自于桂林市统计局，《广西壮族自治区水资源公报》来自于广西壮族自治区水利厅，《桂林市环境质量公报》来自于桂林市环境保护局。本研究所用数据均来自于2013—2017年各年度上述各类公开资料内的数据。

3 结果与分析 3.1 基于DPSIR模型的水资源评价 3.1.1 评价指标体系构建与权重确定

指标体系的构建是生态系统评价的关键。桂林城市水资源评价影响因素众多，故建立指标体系时需要选择最具代表性、对立性、对环境敏感的因子进行监测，使评价指标既客观、科学，又体现其生态地域性。本项目以上述原则为指导，搜集了桂林市的多方面的资料，从驱动力、压力、状态、影响、响应5个方面筛选出各指标，构成了水资源评价指标体系，同时基于熵权法，求得各指标权重值，如表 1所示。

表 1 水资源评价指标体系 Tab. 1 Evaluation index system of water resources
3.1.2 综合指数法确定评价结果

对各评价指标标准化后，基于综合指数法，对桂林市水资源的驱动力、压力、状态、影响、响应等5方面的评价值结果如表 2所示。

表 2 桂林市水资源评价结果 Tab. 2 Evaluation results of water resources in Guilin city

结果表明，在近5年间(2013—2017年)，桂林市水资源的可持续发展过程中，在驱动力、压力、状态、影响、响应等5方面中，压力指标呈明显的下降趋势，这表明桂林市的水资源现状正向着良好的方向发展。其中，驱动力指标依然呈明显的上升趋势，因此在今后的发展过程中仍有可能会对水资源造成一定的压力；状态和影响指标呈一定的上升趋势，表明现阶段桂林市水资源状况较为良好；与2013年相比，2014—2017年的响应指标有明显的下降趋势，因此在今后的发展过程中，建议桂林市管理部门加强环境保护等方面的政策倾斜和资金投入。

3.2 基于生态足迹的水资源生态承载力评价 3.2.1 桂林市水资源生态足迹

基于《桂林市国民经济和社会发展统计公报》《广西壮族自治区水资源公报》《桂林市环境质量公报》等，获得桂林市2013—2017年的水资源消耗量数据。基于水资源生态足迹模型，计算桂林市水资源生态足迹如表 3所示。

表 3 桂林市2013—2017年的水资源生态足迹 Tab. 3 Ecological footprint of water resources in Guilin city from 2013 to 2017 104 hm2
3.2.2 水资源承载力分析

基于《桂林市国民经济和社会发展统计公报》《广西壮族自治区水资源公报》《桂林市环境质量公报》等，获得桂林市2013—2017年的水资源总量数据，进而求得其水资源承载力，结果如表 4所示。

表 4 桂林市2013—2017年的水资源承载力 Tab. 4 Water resources bearing capacity of Guilin city from 2013 to 2017
3.2.3 水资源承载力评价

1) 水资源生态赤字。

生态赤字或水资源生态盈余直接由水资源生态足迹和水资源生态承载力绝对值的大小决定，是判断区域水资源可持续利用的主要依据。

当水资源生态承载力＜水资源生态足迹时，为不可持续状态；当水资源生态承载力=水资源生态足迹时，为生态平衡状态；水资源生态承载力＞水资源生态足迹时，为生态盈余，即可持续发展状态。基于上述研究结果表明，桂林市近5年水资源承载力明显大于水资源生态足迹。

2) 水资源供需平衡指数。

基于上述水资源生态足迹与承载力研究结果表明，桂林市水资源供需平衡指数如表 5所示，结果表明，桂林市近5年水资源生态盈余。

表 5 桂林市2013—2017年的水资源供需平衡指数 Tab. 5 Water resources supply and demand balance index of Guilin city from 2013 to 2017

3) 万元GDP水资源生态足迹。

万元GDP水资源生态足迹旨在衡量水资源的利用效率，是区域水资源生态足迹与GDP的比值。数值越小，表示效率越高。桂林市近5年的万元GDP水资源生态足迹如表 6所示。

表 6 桂林市2013—2017年的万元GDP水资源生态足迹 Tab. 6 Eco-footprint of water resources in Guilin's GDP of 10, 000 Yuan from 2013 to 2017 hm2

对比《基于生态足迹的中国水资源生态承载力供需平衡分析》 [22]中的中国各省市的万元GDP水资源生态足迹，结果表明，桂林市5年的万元GDP水资源生态足迹为0.4~0.6 hm2/万元，处于广西省平均水平，与其他省市相比，仅有宁夏、黑龙江、新疆、西藏的万元GDP水资源生态足迹要高于桂林市，这表明桂林市水资源利用效率较低，在我国还处于较低的水平。

4 结论与讨论

本研究基于DPSIR模型和水足迹理论，以桂林市为例，在充分考虑生态需水的基础上，通过对水资源足迹的定量分析来评价水资源状况，以求为水资源的可持续利用、规划和管理提供决策依据。传统的水资源评价多应用水量平衡法，而随着社会经济的发展，人类活动影响导致水资源演变加剧，必然带来技术方法上的挑战；本研究应用DPSIR理论框架构建评价指标体系，涵盖经济、社会、环境三大要素，不仅能够反映社会、经济发展和人类行为对生态环境的影响，也反映了人类行为及其最终导致的环境状态对社会的反馈。本研究主要结论如下：

1) 在驱动力、压力、状态、影响、响应等5方面中，压力指标呈明显的下降趋势，状态和影响指标呈一定的上升趋势，这表明现阶段桂林市水资源状况较为良好，且正向着良好的方向发展；驱动力指标呈明显的上升趋势，表明相应的驱动力指标在今后的发展过程中仍有可能会对水资源造成一定的压力，建议桂林市管理部门加强环境保护、水资源保护等方向的政策倾斜、资金投资等。

2) 桂林市近5年水资源承载力为916.24万hm2，人均水资源承载力为1.75 hm2/人，桂林市近5年水资源供需平衡指数平均为1.35，表明水资源承载力明显大于水资源生态足迹，水资源生态盈余；万元GDP水资源生态足迹平均为0.48 hm2/万元，处于广西省平均水平，但明显高于国内其他地区，表明桂林市水资源利用效率较低，在我国还处于较低的水平。

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