水资源生态系统水生态学论文

2022-04-27

摘要水资源是生态工业园区中最重要的资源之一，模拟自然生态系统，园区中的水资源用户也可根据功能的不同分为生产者、消费者和分解者。由于供给量的限制和国家的排污政策逐渐趋紧，生态工业园区中水资源数量和质量的分配存在利益冲突的问题，矛盾日渐凸现。下面是小编精心推荐的《水资源生态系统水生态学论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

水资源生态系统水生态学论文篇1：

青海省水资源利用的匹配性研究

摘要

青海省是一个水资源富省，但却相对性缺水。系统分析与定量研究其水资源空间匹配状况，对青海省水生态安全和经济健康发展有重要意义。本文对生态水资源基尼系数进行界定，并结合洛伦兹曲线定量分析2015年青海省水资源与农业产值、工业产值、人口数量、农业用水、工业用水等的匹配情况，结果显示：①青海省水资源与农业产值、工业产值、人口数量、农业用水、工业用水的基尼系数均高于0.6，空间分布高度不平均，公平性极差，不利于青海省水资源生态安全与经济的均衡有序发展。②洛伦兹曲线中段较平缓，两端出现极值，远离绝对平均线。③水资源-工业产值的洛伦兹曲线更远离绝对平均线，意味着工业活动对水资源空间分配不平等的贡献度更大。④2015年的洛伦兹曲线比2005年更靠近绝对平均线，水资源与农业用水、工业用水、人口数量的匹配公平度上升，水资源空间分布公平性有所改善。青海省各行政区水资源自然分配差异很大，严重制约经济向高质量发展，水资源的空间配置与人民对美好生活的向往不适应。基于此，青海省应优化产业结构，打造特色农牧业，加快发展新兴产业，提高服务业比例；全面推进各行业节水，发展节水农业，推动循环工业，强化城镇节水；强化保障措施，加快推进技术与机制创新，创新水资源管理制度，改善政府对用水单位的监督方法；建设青海省水生态文明，优化水资源用水空间，保护青海省水资源生态安全，实现经济与水资源环境的协调发展。

关键词水资源；洛伦兹曲线；基尼系数；匹配度

水是生产之要、生命之源、生态之基，实现水资源在空间和经济发展、人口分布的优化配置，使人口、资源、环境与经济全面协调可持续发展，是人类追求的长期目标，这就需要准确地量化评价水资源的空间匹配情况。2015年，我国人均水资源量只有2 500 m3，而青海省人均水资源量为10 269亿m3，是我国人均水资源量的4倍多。青海省虽是水资源富省，但却存在水资源相对缺水的问题，水资源的空间自然分布与经济发展格局和人口分布不匹配，以致水资源配置和人民群众对美好生活的向往不适应。进行青海省水资源利用匹配性的系统分析与定量研究，为青海省的水资源生态安全、工农业结构优化、水资源保护及合理利用，解决水资源相对性缺水问题提供科学有力的依据，具有重要的意义。把青海省建成西部生態省，对我国西部大开发战略实施起着举足轻重的作用，也是青海省经济社会可持续发展的战略需要。因此，构建生态水资源基尼系数，定量分析青海省水资源利用的匹配性很有必要。

1文献综述

1905年，美国著名统计学家洛伦兹（Lorenz Curves）提出洛伦兹曲线，用于研究收入分配的不均等程度。1912年，意大利经济学家基尼将洛伦兹曲线进一步量化，提出基尼系数，衡量贫富差距大小。洛伦兹曲线和基尼系数作为分布均匀度的量化评价方法，已经在很多领域得到广泛应用。如刘新有等[1]运用基尼系数进行人居环境气候评价，刘景辉等[2]运用基尼系数研究我国粮食空间分配与粮食安全问题，何祯祥等[3]把洛伦兹曲线应用在植物生态研究中。在水资源利用方面，刘洋等[4]较早利用基尼系数建立了优化水资源空间匹配的模型，王媛等[5]在水污染总量区域分配中建立以基尼系数最小化为目标的规划模型。蒋艳等[6]运用基尼系数对中国水生态分区进行研究，提出了反映水生态系统空间分布规律和特征差异的水生态分区方案。鲍超、陈国阶[7]运用基尼系数分析了四川省水资源生态安全，史兴民等[8]运用基尼系数分析了陕西省水资源空间匹配，还有一些学者运用基尼系数分析了辽宁省、黑龙江省等地区的水资源空间匹配情况。以上研究结果都说明洛伦兹曲线与基尼系数在非经济领域尤其是水资源利用的空间匹配领域有广泛的适用性。笔者结合青海省水资源利用的空间分配现状，运用洛伦兹曲线与生态水资源基尼系数对2015年青海省水资源与经济发展、人口分布等的匹配程度进行分析，进而对青海省未来经济与水资源合理利用协调发展提出建议。

2生态水资源基尼系数的界定

作为描述收入分配均衡程度的客观指标，洛伦兹曲线和基尼系数的实质是分布均匀度的量化评价功能。在自然界，水资源在地域空间上的分布也是不均衡的，水资源的丰富与稀缺直接关系到区域经济发展和生态安全[9]。水资源的空间分布具有差异度很大的特征，其规律十分类似于收入分配的均衡性问题，因此，用洛伦兹曲线与基尼系数研究水资源空间分配的均衡性问题，构建并计算水资源空间匹配模型，即生态水资源基尼系数，为分析区域生态安全提供了一种新的方法。

根据2015年青海省水资源公报，2015年全省总用水量为26.78亿m3，其中：第一产业中的农田灌溉用水量13.45亿m3，林牧渔畜用水量7.39亿m3，分别占总用水量的50.2%、27.6%；第二产业的用水量2.86亿m3，占总用水量的10.7%；其他方面用水相对较少，城镇公共用水量1.07亿m3，占4.0%，居民生活用水量1.48亿m3，占5.5%，生态环境用水量0.53亿m3，占2.0%[10]。因此，农田灌溉、林牧渔畜、工业生产、居民生活都需要消耗大量水资源，用基尼系数分别对水资源与农业产值、工业产值、农业用水、工业用水、人口数量的匹配情况进行分析，具有重要意义。

2.1匹配模型构建步骤

依据青海省水资源的地域空间分布存在差异的特征，研究青海省区域水资源利用的匹配问题，其生态水资源基尼系数的构建步骤如下：

（1）将青海省划分为8个水资源行政分区，选取水资源总量作为基本匹配对象，选取农业产值、工业产值、农业用水、工业用水、人口数量作为匹配分级对象。

（2）根据人均水资源量从低到高对青海省的8个行政区排序，分别计算出农业产值、工业产值、人口等分级指标的累积百分比。

（3）定义横轴为农业产值、工业产值、农业用水、工业用水、人口数量的累积比例，纵轴为行政区的水资源量的累积比例，分别绘制相应的洛伦兹曲线。

（4）分别计算水资源与农业产值、工业产值、农业用水、工业用水、人口数量的5项基尼系数。

2.2生态水资源基尼系数的计算方法

基尼系數有不同的计算方法，各有优缺点，如基尼平均差法、协方差法、几何法和矩阵法。本文出于对计

算的繁简程度与数据精确度的考虑，将采用梯形面积法求取基尼系数，其计算公式如下：

Gini系数=1-∑ni=1（Xi-Xi-1）（Yi+Yi-1）

式中：Xi为农业产值、工业产值、农业用水、工业用水、人口等指标的累积百分比，Yi为水资源的累积百分比；当i=1时，（X0，Y0）视为（0，0）。

参照收入基尼系数的国际标准和惯例，生态水资源基尼系数小于0.2，表示水资源利用的匹配度为“高度平均”，为优；0.2～0.3（不含0.3）之间表示“相对平均”，为较优；0.3～0.4（不含0.4）之间表示“比较合理”，为一般；0.4～0.5（不含0.5）之间表示表示“差距过大”，为差；0.5以上表示“高度不平均”，为很差[7]。可见，0.4为警戒线，其警示意义不容忽视。

3实证研究

3.1匹配度计算

根据前述的做法，依据相关统计数据对2015年青海省生态水资源基尼系数进行计算，统计数据与计算结果见表1～表3，并绘制如图1与图2的洛伦兹曲线，计算水资源与各个分级匹配指标的匹配度，结果见表4。

3.2结果分析

3.2.1生态水资源基尼系数分析

（1）青海省的水资源与农业产值匹配的生态水资源基尼系数是0.676 3，属于高度不平均，说明水资源与农业产值极不平衡，水资源空间分配公平度极差。由表1，西宁市与海东市不足全省5%的水资源却承载着全省近50%的农业产值，由表1和表2可知两市的农业用水量占全省的14.76%与20.1%；相反，水资源占全省总量36.59%的玉树州，其农业产值却只占全省的9.31%，农业用水占全省的1.1%；水资源占全省总量19.46%的果洛州，农业产值占全省的2.11%，农业用水占全省的0.79%。

青海省水资源分配与各行政区的农业产值如此不平衡，一是因为青海地理与气候因素。青海地处内陆腹地，属于干旱半干旱气候，干旱少雨，生态系统脆弱，水资源蒸发量大，还分布大面积戈壁，水资源分布与耕地面积分布

极为不均。以西宁市和海东市为主的东部农业区是全省粮油生产的主产区，山旱地面积约占全省旱地面积的49.6%，但东部农业区的水资源量仅全省水资源总量的15%，如此典型的旱作农业区的农业产值却占全省的50%。二是农业用水浪费现象严重，效率不高。2015年青海省农业产值不到工业产值的10%，农业用水量却是工业用水量的7倍多，主要因为青海农业生产技术不高，农田大部分是大水漫灌，而高效喷、滴、渗灌等节水设施面积较小，栽培技术粗放，整体生产水平低，以致单位面积产量耗水量过高，水资源浪费严重[11]。水资源不均衡的自然空间分布与较低的水资源利用效率导致水资源的利用与耕地资源分布极不平衡，干旱缺水制约着青海农业向高质量发展。

（2）青海省的水资源与工业产值匹配的生态水资源基尼系数是0.795 6，远高于警戒线0.4，匹配公平度极差，属于高度不平均。西宁市是青海省重要的工业城市，工业产值较高但水资源并不丰富，拥有全省工业产值的50.78%，却只有全省水资源的2.05%，工业用水占全省的37.69%。由表1和表2，西宁市与海东市以占全省只有4.09%的水资源，承载着全省近70%的工业产值，工业用水量为占全省的50.88%；而水资源共占全省56.05%的玉树州与果洛州，两州的工业产值还不到全省的5%，工业用水极少，只占全省的0.49%，水资源未得到充分运用，空间分配极不平衡。

青海省水资源与工业产值不匹配，究其原因，一是耗水量大、高污染的重化工业占比高。青海省是典型的资源型经济省份，偏重偏粗，工业在三次产业中比重最大，且主要分布在水资源占比较低的西宁市与海东市。2015年，全省规模以上工业增加值中，轻工业增加值占16.4%，重工业增加值占83.6%。青海省从资源禀赋出发，发展以能源、原材料工业为主的重化工业——石油天然气开采、电力、盐湖化工三大资源性产业和有色、冶金、水泥三大高耗能产业，以煤炭、水电为主要能源消费，对水资源需求量大，并且缺乏污水治理与水资源循环利用的先进技术，导致污染严重。二是青海省产业增值空间主要分布在东部地区低能耗的精深加工企业，水资源极不丰富的西宁市与海东市工业产值较高，水资源利用效率也较高，如西宁市单位水资源（m3）工业产值为157.27元。而海北州、玉树州与果洛州虽然水资源丰富，但地形复杂，以发展种植业、畜牧业为主，工业产值较低，如果洛州的单位水资源（m3）工业产值只有0.28元，地区经济不发达，与丰富的水资源极不匹配。青海省水资源的空间配置与工业产值的不匹配，导致水资源利用效率效益不高的问题，工业较发达的东部地区易遭水污染，影响工业发展与生态环境，不利于维护水生态平衡。三是受青海省内不同地区交通条件差异的影响。青海省北部有多条铁路干线，包括青藏铁路、兰青铁路以及多条国道、高速公路。相比之下，青海省南部仅有几条铁路支线途经，交通不便。因此，青海省工业企业多集中在水资源相对匮乏但交通条件良好的西宁市、海东市等地，果洛州、玉树州尽管水资源、矿产资源丰富，但交通条件较差，第二产业没有得到充分的发展，水资源没有得到充分利用。

（3）青海省水资源与人口匹配的生态水资源基尼系数为0.742 1，亦极不平衡，水资源空间分配公平度极差。由表1，西宁市和海东市是青海省人口较多的行政区，人口分别占全省的35.08%与29.62%，但水资源却严重不足，不足全省水资源总量的5%。当然，也有人少水多的地方，如玉树州、海西州与果洛州。原因主要是城镇化进程中外来务工人员的涌入，使得青海省常住人口快速增加，尤其是水资源有限的西宁市与海东市，同时收入水平的不断上升也增加了对生活用水的需求，导致水污染加剧[12]。相反，水资源丰富的玉树州与果洛州，两州水资源总量是西宁市与海东市的13倍，人口却不到西宁市与海东市的1/6，随着经济发展会进一步加剧水资源分配的不均衡性。水资源的空间配置与人口分布如此不匹配，将不利于青海省的城镇化进程。

（4）从图1可知，洛伦兹曲线比较远离绝对平均线，呈现中段较为平缓，两端出现极值的情况，且大部分点的斜率不同，说明处于中段的海南州、黄南州、海北州与海西州等地区的水资源与农业产值、工业产值、人口的匹配度较好，而两端的西宁市、海东市、玉树州与果洛州等地区的水资源与农业产值、工业产值、人口的匹配度極差。长此以往，随着社会经济的不断发展，必然会加重西宁市与海东市的水资源承载压力，恶化两市的生态环境，严重威胁西宁市和海东市的生态安全，从而影响两市的可持续发展[13-15]。而玉树州与果洛州有着丰富的水资源，却不能有效利用，导致水资源利用率较低。针对这一极端情况，应该合理配置水资源，通过政府调控及市场引导的方式，使耗水较大的工农业活动向水资源丰富的地区转移，推广节水和污水处理技术，提高水资源利用率。

3.2.2农业、工业对分配不平等的贡献度比较分析

青海省各行政区的人均GDP产出用水量不同，具体为玉树州﹤果洛州﹤黄南州﹤西宁市﹤海东市﹤海北州﹤海南州﹤海西州，海西州水资源较丰富，工农业生产用水量也最多，水资源浪费较严重；西宁市与海东市水资源占比小却产出多，水资源利用效率较高。青海省的农业用水量占总用水量的77.84%，工业用水量占总用水量的10.67%，但工业产值是农业产值的十倍多。具体到各行政区，也是农业用水量远大于工业用水量。

2015年青海省单位水资源（m3）农业产值0.56元，单位水资源（m3）工业产值6.31元，差距悬殊，工业用水创造利益的空间较大。按照单位水资源（m3）农业产值排序，为果洛州<玉树州<海西州<海北州<海南州<黄南州<西宁市<海东市，农业活动造成水资源的严重浪费加剧了水资源分配的不公平性；按照单位水资源（m3）工业产值排序，为果洛州<玉树州<海北州<海西州<黄南州<海南州<海东市<西宁市，工业活动通过提高工业产值较高地区的工业用水效率，加大了水资源空间匹配的不公平性。正如图1所示，在三条洛伦兹曲线中，青海省水资源-工业产值的洛伦兹曲线更远离绝对平均线，更靠近绝对不平均线，意味着工业活动对水资源空间分配不平等的贡献度更大。

3.2.3与2005年青海省水资源分配比较分析

根据《2005年青海省水资源公报》与《2006年青海统计年鉴》数据计算，2005年青海省水资源-农业用水基尼系数为0.766，水资源-工业用水基尼系数为0.705 2，水资源-人口数量基尼系数为0.788 9，对应的洛伦兹曲线如图3。

根据图2与图3对比可知，2015青海省水资源-农业用水、水资源-工业用水、水资源-人口数量的洛伦兹曲线比2005年更靠近绝对平均线，水资源与农业用水、工业用水、人口数量的匹配公平度上升，水资源空间分布公平性有所改善。2015年青海省农业产值327.65亿元，较2005年增长2.5倍；工业产值3 720.7亿元，较2005年增长3.5倍；总产出为5 970.58亿元，较2005年增长3.5倍，经济活动的扩张增大了水资源与农业用水、工业用水的匹配公平性。究其原因，社会经济的持续发展扩大了水资源的需求量，从而不断增加水资源供给设施，改进水资源利用技术以提高水资源利用率。同时，近年来青海着重发挥特色资源优势、产业优势与区位优势，大力发展新能源制造、新材料、高端装备制造等新兴产业，发展绿色经济和循环经济，既节约了水资源，又提高了水资源的利用效率，一定程度上优化了青海省的用水空间。

4提升青海省水资源匹配度的对策

青海省水资源-农业产值、水资源-工业产值、水资源-农业用水、水资源-工业用水、水资源-人口数量等基尼系数均大于0.6，严重超过国际警戒线0.4，水资源分配高度不平均。青海省的水资源空间分布极不平衡，水资源未合理配置与有效利用，使青海省的生态安全面临严峻挑战。

4.1调整优化产业结构

根据青海省水资源空间分布现状，应合理调整优化产业结构，增强水资源的时空分布与经济发展的匹配度。

农业方面，坚持调整优化区域结构和产业结构，改良灌溉技术，种植小麦、杂粮、薯类与油料等作物，推动畜牧业的发展，打造特色农牧产业。在农业产值较高但水资源相对缺乏的海东市、西宁市与海北州，更应发展节水农业。此外，加快推动水资源丰富的海西州、玉树州与果洛州的工农业发展，使水资源与经济发展更加匹配。

工业方面，加快新旧动能转换，使轻工业成为拉动工业增长的主力军，紧抓“天然、富足、稀有”的轻工产品特色，以独特、民族特色和高科技高附加值的绿色品质，带动工业向高端发展，推动青海省新能源、新材料、生物医药等特色产业的快速发展。同时，加快推进青海省信息化与工业化融合的步伐，从而降低“偏粗偏重”的青海工业对水资源的需求。加强南部地区的基础设施建设，进一步完善铁路、公路网络，吸引北部地区的工业企业向南部转移，带动南部地区经济发展，将资源优势转变为经济优势。

服务业水资源污染少，可循环利用率高，大力发展服务业是节能减排、合理利用水资源、增强水资源匹配度的有效手段。一是创新理念，加强资金、人才及税收等各方面的政策扶持；二是大力发展生产性服务业，如物流、金融保险、咨询等行业，这些行业能耗低，对水资源需求量小而且污染少；三是发展生态旅游业，打造高原旅游名省；四是提高省会西宁市作为中心城市的辐射能力，努力构建高海拔地区现代服务业发展的“集聚群落”，这是节约水资源、降低水污染的有效途径。

4.2全面推进行业节水

强化农业节水，因地制宜，积极引进和开发使用节水农业新技术，大力发展高效节水农业。首先，以节水新技术为先导，结合小流域综合治理建设高标准水平梯田、优化轮作制度、引进节灌技术、耐旱作物良种选育、机械深耕、地膜覆盖、抗旱保水剂技术等，建立旱作节水农业示范基地，加强节水农业技术指导培训[16]，可在水资源相对稀缺的西宁市和海东市建立试验区；其次，加强农田点源、面源污染的调查和监控，确保农业用水的水质安全；再次，积极争取国家节水工程项目投资，认真搞好水利扶贫[17-18]。

强化工业节水，推进循环工业发展。深入开展工业、企业水量平衡测试和节水改造，降低水资源的污染程度，促进水资源循环利用，提高水资源的利用率与利用效率[19-21]，推进节水型企业、节水型工业园区建设。

强化城镇节水，积极推广运用先进适用的节水新技术和新产品，加大城鎮供水管网节水改造，推广使用生活节水器具，提高城镇用水效率，加快建设节水型单位与节水型小区。结合青海省省情水情，推行居民阶梯水价和非居民用水超定额超计划累进加价制度，积极推进水价制度改革。强化公众参与，进行水资源节约保护专项教育，增强全社会水忧患意识和水资源保护意识，鼓励引导公众全民自觉参与节水、护水行动，形成节约用水、合理用水的良好氛围[22]。

4.3建设青海省水生态文明

政府有关部门应深入了解青海省水资源的分布及利用情况，根据水资源的供需情况与空间分布的基尼系数，在科学论证和总体规划的基础上制定出合理的水资源利用政策，有效利用财政、金融、税收等政策对水资源进行合理配置，建设青海省水生态文明。

首先，建设空中调水管理平台与水科技园区，合理运用空中水资源；其次，在农业产值、工业产值与人口占比最多，水资源需求量大而供给能力小的西宁市，开展水生态保护与修复工程建设，构建安全高效的水利用体系与科学严格的水管理体系，与水资源供给丰富但需求不足的玉树州建立一定的水资源交易机制，提高青海省水资源的利用率；再次，政府应高度重视与高校的合作，为制定合理的水资源利用与匹配政策提供有力的支持。

为加强青海省的生态安全，需要保护水资源、改善水环境、优化用水空间，提高人居环境质量，优化经济结构，促进经济增长，使水资源分配与人民对美好生活的向往相适应，从而促进青海省人口、资源、环境与经济协调发展。

（编辑：刘照胜）

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作者：武萍　张慧　邢衍

水资源生态系统水生态学论文篇2：

生态工业园区水资源梯级利用的博弈分析

摘要水资源是生态工业园区中最重要的资源之一，模拟自然生态系统，园区中的水资源用户也可根据功能的不同分为生产者、消费者和分解者。由于供给量的限制和国家的排污政策逐渐趋紧，生态工业园区中水资源数量和质量的分配存在利益冲突的问题，矛盾日渐凸现。本文试图运用博弈论的方法，构建一个水资源管理的梯级利用模式，探讨生态工业园区内水质要求不同的企业间如何实现水资源的合理分配，使之既符合企业的需要，又符合整个园区的供给限制，同时对环境的损害最小。之后从微观经济学的角度对各利益主体参与水资源梯级利用的动因和积极性进行了经济学上的分析，得出生态工业园区中水资源梯级利用体系能否达成“物尽其用、废物最小化”的目标，取决于不同利益者的博弈结果。水资源价格和排污收费价格的提高，可以减少新鲜水资源的购买量和最终的排污量，有利于促进园区内企业间的水资源梯级利用；而梯级利用的过程，也是各级消费者之间的一场博弈，博弈结果将决定再生水资源的售出价格。

关键词生态工业园区；水资源；梯级利用；博弈

水资源匮乏已经成为全世界共同关注的问题，严重制约着各国经济的发展。生态工业园区是依据循环经济理念、工业生态学原理和清洁生产要求而设计建立的一种新型工业园区。它通过物流或能流传递等方式把不同工厂或企业连接起来，形成共享资源和互换副产品的产业共生组合，建立“生产者——消费者——分解者”的物质循环方式，使一家工厂的废物或副产品成为另一家工厂的原料或能源，寻求物质闭环循环、能量多级利用和废物产生最小化［1］。生态工业园区是循环经济在中观层面的实现形式［2］，同样遵循循环经济的 “3R”原则（即：减量化Reduce，再利用Reuse，再循环Recycle），其中减量化原则是首要原则，而废物再生利用只是减少废物最终处理量的方式之一，即对待废物问题的优先顺序为：避免发生——循环利用——最终处置。循环经济要求人类在生产和消费的所有领域都能做到物尽其用，其根本宗旨就是保护日益稀缺的环境资源，提高环境资源的配置效率，不给环境造成危害。水资源作为生态工业园区最重要的资源之一，其分配体系构建的基本目标是促进水资源的合理利用，使园区水资源对于外部供给的需求最小化，并最大限度地减少对环境的负面影响，即排出系统的废水量最小。

一般来说，水资源的分配和利用主要存在两个方面的问题：一为数量；二为质量，即水质［3］。在生态工业园区中，水资源的供给量是有限的，如何让园区内的企业都得到足够数量的符合水质要求的水资源，使得水资源的配置最为合理，是园区建设和发展过程中不可避免的问题。无论是新建的或已建设完成的生态工业园区，其最终的发展目标均为模拟自然生态系统的运行方式和规律，实现资源的可持续利用。对于新设计的生态工业园区，在设计之初就应慎重考虑水资源的配置和高效利用方式，使之符合循环经济发展理念。而对于目前已建成的生态工业园区，也应通过政策的合理引导和园区的有效管理，逐步建立园区内企业间友好的水资源协同利用模式，以实现水资源的可持续利用。

1 生态工业园区水资源梯级利用体系

由于生态工业园区是模拟自然生态系统所建立的工业体系，园区中的水资源用户也可根据功能的不同分为生产者、消费者和分解者。生产者是指各种符合水质要求的自然水体和自来水厂等水资源供应者（P），消费者是指园区内各类水资源用户，分解者是指收集各用户的出水并对不能直接再利用的废水进行处理的污水处理厂或再生水厂（D）。如果不考虑取水和排污成本，消费者可以直接从P取水，并将废水直接排到D。但是，生态工业园区提倡物质闭环循环、能量多级利用和废物产生最小化，以达到经济与环境效益的“双赢”格局。生态工业园区中的水资源利用方式，既要考虑经济因素，也要考虑环境因素，理想的水资源利用体系应该是可持续发展的，它要求在新鲜水耗和废水处理上达到最小化，在经济方面可以获得回报，在环境保护方面是有效的。

实际上，生态工业园区中由于企业的多样性和对水质要求的不同，存在较大的共生关系。通过系统分析园区内的水资源利用现状，完全可以模拟自然生态系统建立生态工业园区内水资源利用系统的“食物链”和“食物网”，形成共生网络，从而实现水资源利用的“闭路循环”，达到水资源的最有效利用［4］。根据用户对水质要求的高低可分为一、二、三级，其中水质要求高的用户视为一级消费者，如化工、医药、食品等行业内用户；水质要求一般的用户视为二级消费者，如冷却水用户、景观用水用户；水质要求低的用户视为三级消费者，如绿化、建筑建造、城市杂用等用户。一级消费者的水资源来源只能是Ｐ；二级消费者的水资源来源可以是Ｐ，也可以是一级消费者；三级消费者的水资源来源可以是Ｐ或一、二级消费者。一、二、三级消费者的不能再利用的出水为分解者D的来源，分解者D处理过的水资源或排入自然水体，或重新进入园区水资源利用系统，一并计入P中。目前来看，生态工业园区中水资源利用问题的最佳解决方案是建立水资源梯级利用体系，使水资源尽可能地在园区内多次使用，以减少新鲜水耗和排污量。生态工业园区中水资源梯级利用体系如图1所示。

2 水资源梯级利用过程中的博弈要素生态工业园区中如若各级消费者随意用水或是随意排污，最终可能导致整个园区的用水需求得不到满足甚至是无水可用。由于供给量的限制和国家对于排污政策逐渐趋紧，生态工业园区中水资源数量和质量的分配存在利益冲突的问题，矛盾日渐凸现，对这一利益冲突问题可以运用博弈论的方法来分析［5］。

首先，博弈的参与人集合为：i∈Γ，Γ={0,1,2,3,4}；其中，0代表生产者P，1、2、3分别代表一、二、三级消费者，4代表分解者D；生产者决定新鲜用水的供给量和供给价格，而分解者决定排污收费的价格。各级消费者如果采用从自然水体供水的方式，则需要投入大量成本自建供水设施，所以将其与从自来水厂购买等同，采用同一价格。同样，各级消费者排污的水质有所差别，但由于国家只规定了达标排放，因此分解者将所接受的废水通通视为是无差别的，收费价格也是一致的。

其次，参与人的战略空间为：Si={si},i=1,2,3；其中si表示第i个参与人的一个特定的策略，向量s=(s1,s2,s3)表示全体参与人的一个战略组合。

在生态工业园区中，每一个参与人i,i=1,2,3的战略选择包含几个部分：从生产者Ｐ处直接购买水量wi，i级消费者提供给j级消费者水资源量wij,1i＜j3（也代表j级消费者从i级消费者处购买的水资源量），以及向分解者Ｄ的排污量gi。第i个参与人的策略si是对变量wi,wij,gi的选择而形成的，即si=(wi,wij,gi)。生态工业园区中水资源梯级利用体系的数量关系如图2所示。

再次，每个参与人的支付函数为：ui=ui(s0,…,si,…,s4),i=0,1,2,3,4；即第i个参与人的支付不仅取决于自己的战略选择，而且也取决于其他人的战略选择。每一个参与人的目标是选择自己的战略以最大化其期望效用函数ui。在水资源的利用中，各级消费者的支付函数应为其用水总收益［6］，记为：

πi=fi(wi,wij,gi)-C1i(wi,q)-C2i(wi,wij)-C3i(wi,gi),

i=1,2,3;1i＜j3

其中fi为第i个参与人的用水效益，包括直接用水效益和向下级消费者供水的效益，C1i表示第i个参与人从Ｐ购水的成本（q为总供给量），C2i为从上级消费者处购水的成本和为向下级消费者供水的处理成本，C3i为向分解者Ｄ排污的成本。

最后，如果从Ｐ的取水成本很低，各级消费者都将倾向于向Ｐ直接取水；如果排污成本很低，则各级消费者将倾向于直接向Ｄ排污，导致水资源供应不足且水质不断恶化。由于水资源供给量有限，且政策环境门槛的不断提高以及排污税费的征收等，使得各级消费者不得不在用水效益和用水成本之间权衡，进而在购水量、水资源处理量和排污量间进行决策。假定水资源总供给量、各级消费者的水资源处理量、排污量为所有参与人的共同知识，则生态工业园区中水资源数量和质量分配的利益冲突博弈过程为一个完全信息动态博弈。

设在此博弈中，各级消费者的最优战略是s*1=(w1,w12,w13,g1)，s*2=(w2,w12,w23,g2)，s*3=(w3,w13,w23,g3)，则此博弈的纳什均衡为：s*=(s*1,s*2,s*3)。

3 水资源梯级利用过程中的博弈模型设生产者P的水资源价格为p，分解者D的排污收费价格为t。假设生态工业园区中存在再生水资源交易市场，在这一市场中各级消费者达成的再生水资源的协议价格为r，并且rp，否则消费者将选择直接从生产者处购买新鲜水资源而不是再生产品。为方便计，假定各级消费者为向下级消费者出售而进行的水资源处理成本相同，设其价格为s，并满足s-rt，这就是说，消费者的单位处理成本与其收益之差应该足以冲抵排污收费的价格，否则消费者将选择直接排污。

设fi为第i个参与人的用水效益函数，则各级消费者的支付函数（即用水总收益）分别为：

综上所述，水资源梯级利用博弈过程的纳什均衡为：s*=(s*1,s*2,s*3)

这一结果表明，生态工业园区中的各级消费者从P处的购水量是水资源价格p的函数，向D的排污量是排污收费价格t的函数，向上级消费者的购水量和向下级消费者的供水量也取决于其相应的价格r和s。在既定市场条件下，任何消费者都没有积极性改变这一格局。

4 水资源梯级利用博弈过程中纳什均衡的解读（1）f1w1=f2w2=f3w3=p。由于价格指数总是正的，这表明各级消费者的用水效益与取水量同向变动，取水量越大，用水效益越高；但同时也说明各级消费者的用水边际效益都受制于水资源价格p。当水资源价格p提高时，在不变的用水效益增幅下，各级消费者只能选择降低相应的水资源增幅，即提高单位用水效率。因而，生产者为了控制水资源的供给量，最佳策略是提高水资源价格。

（2）f1w12=f1w13=f2w23=s。因为水资源的处理总是有成本的，所以s＞0。这表明消费者向下供水的收益与供水量同向变动，供水量越大，用水效益越高；但同时也可以看出，向下级消费者供水的边际效益受制于处理成本，若水资源处理成本s增加，为保持向下级消费者供水的效益不变，则上级消费者将选择降低每单位效益对应的供水量，从而总供给量减少。

（3）f2w12=f3w13=f3w23=r。r为上级消费者出售水资源或下级消费者向上级消费者购买水资源的价格，恒为正。这表明通过向上级消费者购买的水资源所获取的效益与购买量同向变动，购买量越大，用水效益越高；同时，向上级消费者购水的边际效益受制于购买价格，若价格r增加，为保持用水效益不变，则二级和三级消费者将选择提高用水效率，减少购买量。

（4）f1g1=f2g2=f3g3=t。因为分解者D对废水的处理总是有成本的，所以t＞0。这表明各级消费者排污所获得的效益与排污量同向变动，排污量越大，用水效益越高；但同时也可以看出，各级消费者排污的边际效益受制于排污收费，若排污费t增加，为保持用水效益不变，则各级消费者不得不选择减少单位效益的排污量。因此，为使生态工业园区达到废物最小化的目的，分解者D的最佳策略是提高排污收费价格。

综合来看，生态工业园区中水资源梯级利用体系能否达成“物尽其用、废物最小化”的目标，取决于园区水资源利用体系中不同利益者的博弈结果。水资源价格和排污收费价格的提高，有利于促进园区内企业间的水资源梯级利用，以减少新鲜水资源的购买量和最终的排污量；而梯级利用的过程，也是各级消费者之间的一场博弈，博弈结果将决定再生水资源的售出价格，进而促进企业改进或创新再生水资源的处理技术，降低再生水资源的成本，以获取更大的收益，最终得到生态工业园区内水资源梯级利用的一个良性循环。

(编辑：王爱萍)

参考文献（References）

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Graded Use of Water Resource in Eco-industrial Park Based on Game Theory

LUO Liu-hong

(The Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing 100083,China)

Key words eco-industrial park; water resource; graded use; game theory

作者：罗柳红

水资源生态系统水生态学论文篇3：

水资源约束下安徽沿淮经济带发展研究

摘要：采用水资源生态足迹模型，对安徽沿淮经济带2007-2012年的人均水资源生态足迹、生态承载力及人均水资源生态赤字进行了定量分析和评价。结果表明，安徽沿淮经济带水资源总量不足，人均水资源生态承载力低；产业结构不合理，农业生产以及一些传统工业部门对水资源消耗过大；水污染形势严峻，水资源保护仍需加强。在此基础上，为解决安徽沿淮经济带在水资源约束下的发展问题，提出了相应的政策建议。

关键词：水资源；安徽沿淮经济带；水资源生态足迹

文献标识码：A

安徽目前正处于工业化中后期，是转型发展的关键时期，同时，为响应国家推进“中部崛起”的战略，需要寻找新的经济增长极。安徽沿淮经济带是皖江示范区和皖北“四化”协调先行区联动发展的纽带，事关安徽能否顺利实现中部率先崛起目标。所以，加强安徽沿淮经济带发展战略研究，加快推进安徽沿淮经济带的发展，对于促进安徽经济社会发展具有重要的战略意义。然而，安徽沿淮经济带在推进经济发展的同时，经济社会发展与水资源紧缺的矛盾也日益尖锐。

水资源是区域经济增长的战略性资源，也是经济可持续发展的重要支撑条件。2012年安徽沿淮经济带水资源总量59.759亿m3，人均水资源量565m3，是全国人均量的32.65%，属于严重缺水地区。淮河流域地处我国南北气候过渡地区，气候复杂多变，降雨时空分布很不均匀，洪涝和干旱灾害交替发生。近年来，伴随着淮河流域地区工业化、城镇化的加快推进，水资源缺口越来越大，水资源支撑能力不足已成为制约安徽沿淮经济带经济社会发展的关键因素。研究安徽沿淮经济带在水资源约束下的发展问题，首先需要对该区域的水资源利用情况进行定量测算。

一、文献综述

20世纪80年代以来，国际上开展了大量有关水资源短缺和水资源利用的研究和评价。2002年3月在科威特召开的干旱区水资源管理的国际会议上提出，由于农业扩张、工业化、生态环境退化、生活水平提高、迅速增长的城市化和沙漠化所造成的日益增加的需水量要求和日益增长的水污染现象，使得水资源问题正成为经济可持续发展的最大威胁之一[1]。Ruth Meinzen-Dick认为城市人口的过分集聚，导致了有限的水资源的供给不足，通过分析水资源不同利用方式的经济效益，来探讨水资源对城市发展的限制作用[2]。Shiklomanov等从年均水资源更新量、水资源需求量入手，研究了世界水资源短缺问题[3]。Alcamo用年均水资源量代替水资源可利用量，采用水资源开发利用率指标，评价全球尺度的水资源短缺问题[4]。Hoekstra提出水足迹概念，定量评价水资源利用管理的方法，具体是指一个国家、地区或个人在一定时期内消费的所有产品和服务所需要的水资源总量（包括作为自然资源消耗和各种类型的水污染的的水资源总消耗）[5]。Howard D. Passell等人运用系统动力学模型对新墨西哥中北部的3个县的水资源利用状况进行评价，并对水资源规划提出了一些建议[6]。

随着水资源短缺问题的日益凸显，国内学术界对水资源问题的研究也日趋活跃。马滇珍等建立了一套水资源综合评价指标，对72个二级区以及8个流域片进行了综合评价，根据综合指标的评分结果，水资源短缺程度按综合指标分为严重缺水、缺水、基本平衡三种情况[7]。陈守煜等采用聚类神经网络法适合自适应谐振理论对辽西流域和淮河流域的水资源利用程度和水资源承载力进行了评价[8]。黄林楠等根据生态足迹模型设立了水资源生态足迹账户，并将水资源账户划分为生活用水足迹、生产用水足迹和生态需水足迹三个二级账户，用以评价区域水资源开发利用的程度和可持续利用的潜力[9]。王红瑞等建立了基于模糊概率的水资源短缺风险评价模型，对北京市1979-2005年的水资源短缺风险进行了研究[10]。马黎等构建了水资源短缺风险评价指标体系，采用模糊层次法对全国水资源二级分区水资源短缺风险进行了评价，揭示了我国水资源短缺的空间分布格局[11]。刘登伟基于水资源承载力理论，构建了水资源短缺风险指数，对京津冀都市圈水资源短缺风险进行了评价[12]。高媛媛等采用改进的层次分析法和基于因子分析的聚类分析法对泉州市水资源可持续利用发展中的水安全状况进行了评价[13]。梁媛等利用模糊物元、模糊识别等多种单一评价方法进行评价，最后运用平均值法、Boarda法和Compeland法三种组合评价方法对单一评价方法得到的不同结果进行组合评价，建立了基于循环修正模式的水资源短缺程度评价模型并加以应用[14]。

二、模型的测算

（一）模型选择

本文从生态足迹角度，选择水资源生态足迹模型[10，16，17，18，19]对安徽沿淮经济带2市、7县（市）的水资源生态足迹和生态承载力进行测算，进而分析安徽沿淮经济带水资源可持续利用和水生态安全问题，从而为水资源约束下安徽沿淮经济带的发展提供一些参考性意见。

（二）数据选取

本文数据主要来源于2007-2012年《淮南市水资源公报》、《蚌埠市水资源公报》、《滁州市水资源公报》、《六安市水资源公报》和《阜阳市水资源公报》，部分来源于2007-2012《安徽省统计年鉴》及《安徽省水资源公报》。水资源均衡因子选取世界自然基金会于2002年确定的г=5.19，各地水资源产量因子按照全球平均水资源生产能力Pw=3 140 m3/hm2计算而得，如表1所示。采用分析时期内安徽沿淮经济带2市、7县（市）（淮南、蚌埠、阜南、颍上、霍邱、寿县、凤阳、定远、明光）的数据进行分析。

（三）测算结果

利用水资源生态足迹模型对安徽沿淮经济带的水资源利用状况进行测算，得到如下结果（见表2）：

安徽沿

淮经济带水资源生态足迹2007-2012年总体上看变化比较稳定，变化幅度不大，平均值为0.423 3 hm2/人；生产用水（包括农业、工业、林牧渔畜用水）占总水资源生态足迹的91%以上，是主要贡献者，其中，农业用水占生产用水的84%以上，远超过工业用水和林牧渔畜用水占生产用水的比重；生活用水水资源生态足迹约占总水资源生态足迹的7.3%，2007-2012以年均2.6%的速率逐年下降。生态用水水资源生态足迹占总水资源生态足迹的比重由2007的0.38%上升到2012年1.87%，呈逐年上升趋势，年均增长率为37.97%。水资源生态承载力以年均4.4%的速率逐年下降，水资源严重短缺。同时，水资源生态赤字逐年增加，由2007年的0.146 8 hm2/人上升到2012年0.212 8 hm2/人，年均增长率高达7.7%。总体上看，安徽沿淮经济带水资源生态足迹远大于生态承载力，且差距越来越大，水资源生态赤字愈加严重。

图1 安徽沿淮经济带人均水资源生态足迹的账户构成

安徽沿淮经济带水资源生态足迹的账户构成中见图1，农业用水所占比重最大，平均达到77.5%；工业用水次之，所占比重为10.8%；生活用水为7.3%；林牧渔畜用水所占的比重较小，约为3%；生态用水的比重最小，仅为1.4%。

在安徽沿淮经济带2市、7县（市）中，寿县的水资源生态足迹最高，平均为0.632 7 hm2/人；其次是淮南、霍邱以及定远，分别达到0.491 9 hm2/人、0.487 6 hm2/人和0.445 1hm2/人；阜南最低，仅为0.220 1 hm2/人（见表3）。

在安徽沿淮经济带2市、7县（市）中，明光的水资源生态承载力最高，平均为0.580 4 hm2/人；定远，凤阳，蚌埠的承载力相当，均略超过0.310 0 hm2/人；阜南的水资源生态承载力最低，为0.131 4 hm2/人，仅为明光的22.64%。

从安徽沿淮经济带各地市的人均生态赤字的变化来看，仅有明光连续6年出现了水资源生态盈余，平均值为0.292 2 hm2/人，其水资源量相对丰富，生态承载力高于其他地市是出现水资源生态盈余的主要原因；寿县由于水资源生态足迹高于其他地市，而水资源生态承载力并不突出，导致其水资源生态赤字最为严重，达到0.430 4 hm2/人，比第二名淮南高了0.136 3 hm2/人；凤阳、阜南的水资源生态赤字相对较低，分别为0.030 9 hm2/人以及0.093 0 hm2/人，凤阳在2007-2009年出现过连续3年的水资源生态盈余，但从2010年开始，水资源开始出现生态赤字。

三、结论

第一，安徽沿淮经济带水资源总量不足，水资源生态承载力低。2007-2012年人均水资源生态承载力平均仅为0.169 3 hm2/人，且以平均每年4.4%的速率下降，水资源生态承载力不断恶化，这对安徽沿淮经济带水资源的可持续利用提出了很大挑战。2007-2012年，人均水资源生态承载力的值与生态足迹的比值由65%下降到50%，在生态足迹变化幅度不大的条件下，水资源生态承载力下降的趋势越来越明显，从而导致从2007年以来，安徽沿淮经济带人均水资源生态赤字的值不断增大，由2007年的0.146 8 hm2/人上升到2012年0.212 8 hm2/人，年均增长率达到7.7%。从具体地市看，阜南、颍上以及霍邱的水资源生态承载力排名靠后，与第一名明光的差距较大，平均不到明光人均水资源生态承载力的1/3，缺水压力很大，已对这些城市的发展提出了严峻挑战。

第二，安徽沿淮经济带产业结构不合理，农业生产以及一些传统工业部门对水资源消耗过大。在人均水资源生态足迹账户中，农业用水水资源生态足迹平均为0.328 5 hm2/人，占总水资源生态足迹的比重达到77.5%，对水资源的消耗很大，且从2007-2012年，始终保持很高的比例，暴露出安徽沿淮经济带的经济发展过分依靠农业生产的问题。从具体地市看，寿县、淮南、霍邱的水资源生态足迹最大，平均分别为0.632 7 hm2/人，0.491 9 hm2/人和0.487 6 hm2/人。在这三个地市中，寿县的农业产值占其生产总值的比例高于工业和服务业，淮南和霍邱的主导产业分别为煤炭采选业和黑色金属采选业，三个地市都暴露出过分依靠传统产业，没有对传统产业进行必要的改造升级，产业结构不合理等弊端，这些因素导致了它们的水资源消耗严重，水资源生态足迹过高。

第三，安徽沿淮经济带水污染形势严峻，水资源保护仍需加强。2007-2012年，生态用水水资源生态足迹占总水资源生态足迹的比重不断提高，从2007年的0.001 6 hm2/人提高到2012年的0.008 hm2/人，呈逐年上升趋势，年均增长率达到37.97%。目前，安徽沿淮经济带污染物入河排放量仍超过水功能区的纳污能力，过半河流的水质尚未达到功能区水质目标要求。且水污染使部分水体功能下降甚至丧失，进一步加剧了淮河流域水资源短缺的矛盾。流域河湖径流季节性变化大，生态用水被挤占，有水无流或河湖干涸的现象突出，水生态系统破坏严重。污染对水资源的急剧消耗，加大了安徽沿淮经济带对水资源的开发利用程度，使生态用水水资源生态足迹逐年上升，致使水危机形势日益严峻。

四、政策建议

第一，实行跨区域调水和蓄水工程。为缓解安徽沿淮经济带水资源短缺状况，尤其是淮南、颍上、蚌埠等地市的缺水压力，提高这些地方的水资源生态承载力，应当全面规划，统筹兼顾，实行跨区域调水和蓄水工程，补充当地水资源的不足。修建淮南引淠、引淮济阜、引芡济蚌跨区域调水工程及驷马山引江补淮工程。淮南引淠工程以淠河干渠为水源，利用渠道输水至寿县大井水库后通过管道调至淮南市山南新区；引淮济阜工程以淮河干流为水源，在南照集通过管道调水至阜阳；引芡济蚌工程以淮河北岸的芡河洼地为水源，通过管道穿越淮河至蚌埠；驷马山引江补淮工程利用驷马山工程引江输水线路，经定远县江巷水库至淮南和蚌埠，通过新开输

水干渠和兴建滁河四级站、江巷水库等措施，为淮南、蚌埠及沿淮地区部分城镇提供重要的后备水源。同时，通过新建江巷水库、抬高淮河干流临淮岗坝上及蚌埠闸以上河道和城西湖、城东湖、高塘湖等湖泊蓄水位；充分利用淮南因煤炭开采形成的大量采煤沉陷区，因势利导，发挥其蓄水作用等举措，提高驷马山引江补淮工程供水效益，增加可供水量。

第二，调整产业结构。针对安徽沿淮经济带水资源生态足迹过高、水资源消耗量过大、利用效率低等问题，应该着力从产业结构上做文章。依托区位条件，发挥产业基础及资源优势，以结构优化和转型发展为主线，积极培育战略性新兴产业，改造提升传统优势产业，推动现代服务业融合发展，加快发展现代农业。依托合芜蚌自主创新综合配套改革试验区平台，充分挖掘沿淮地区人才资源的潜力，大力培育新的经济增长点，全面提升现代装备制造、新材料、电子信息、生物医药、新能源等产业的整体发展水平，打造特色鲜明、技术领先、综合竞争力强的先进制造业产业集群，带动沿淮地区产业转型升级；做好产业结构优化和转型工作，其中淮南应重点拉动煤炭产业链，扩展煤炭增值空间，充分利用上游丰富的煤炭资源，依托煤气化、液化等技术，生产下游产品，并推动下游产品深加工，生产烯烃、PVC、二甲醚等高端产品；由于安徽沿淮经济带水资源缺乏且农业和工业的水资源利用效率较低，应该重点发展和培育生产性服务业，实现先进制造业与商贸物流、电子商务联动发展，培育提升生活性服务业，加快发展信息、金融、法律等商务性服务行业，促进服务业的结构优化，提高服务业占生产总值中的比重；立足沿淮农业区位特点，发挥粮食、水产、蔬菜等主导产业优势，加快建成淮河流域有重要影响的特色现代农业基地，利用沿淮及周边地区丰富的农产品资源，加快发展农副产品精深加工，延长加工产业链，促进农副产品资源转化增值，提高综合利用水平。

第三，做好安徽沿淮经济带水污染防治和水生态保护工作。重点是加强城镇污水和工业污染治理，开展重要水源地和采煤沉陷区的保护与修复，着力改善区域水生态环境。结合雨洪资源利用和水系沟通，实施采煤沉陷区综合治理和生态修复，大兴植树造林，加快瓦埠湖、香涧湖等重要水源地涵养保护，开展八里河、龙子湖、沱湖水生态系统保护与修复，加强淮河干流和主要支流河道闸坝生态联合调度。实施矿山复绿行动，重点治理矸石山、电厂粉煤灰堆放场，消除视觉污染。治理矿坑污水、选煤废水，改善水体环境。按照“优先利用地表水、严格限采深层水、合理开采浅层水、创造条件逐步补给深层地下水”的原则，加强地下水功能区管理，建立地下水应急与战略储备水源地安全保障体系。参考文献：

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