阿克蘇地區(qū)水資源生態(tài)足跡核算與預(yù)測(cè)研究

王文欣，徐華君，王丹彤

(新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046)

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阿克蘇地區(qū)水資源生態(tài)足跡核算與預(yù)測(cè)研究

王文欣，徐華君，王丹彤

(新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046)

通過(guò)水資源生態(tài)模型計(jì)算阿克蘇地區(qū)水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)承載力和生態(tài)赤字。根據(jù)已知年數(shù)據(jù)，運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)GM(1,1)模型預(yù)測(cè)2012～2024年的生態(tài)赤字(盈余)趨勢(shì)。結(jié)果表明，該區(qū)水資源生態(tài)足跡先增后減，水資源承載力趨于平穩(wěn)，說(shuō)明水資源綜合利用發(fā)展趨勢(shì)從不合理逐步發(fā)展為科學(xué)有效的利用。但水資源利用仍然處于赤字狀態(tài)，因此阿克蘇地區(qū)水資源問(wèn)題依然緊迫。

生態(tài)足跡；水資源；灰色預(yù)測(cè)模型；阿克蘇地區(qū)

生態(tài)足跡是一種衡量人類(lèi)對(duì)自然資源利用程度以及自然界為人類(lèi)提供的生命支持服務(wù)功能的方法[1-2]。William將其比喻為 “一只負(fù)載著人類(lèi)與人類(lèi)所創(chuàng)造的城市、工廠的巨腳踏在地球上留下的腳印”[3]，當(dāng)?shù)厍蛩芴峁┑耐恋孛娣e容不下這只“巨腳”時(shí)，其上的城市、工廠就會(huì)失去平衡。生態(tài)足跡模型由于資料的相對(duì)易獲取、計(jì)算方法的可操作性、可重復(fù)性以及很強(qiáng)的可復(fù)制性，使得生態(tài)足跡分析具有廣泛的應(yīng)用范圍[4]。但該模型仍然存在一些不足，生態(tài)足跡分析沒(méi)有把自然系統(tǒng)提供資源、消納廢棄物的功能描述完全，忽視了地下資源和水資源的估算。針對(duì)水資源的價(jià)值描述不足的問(wèn)題，筆者采用黃林楠等[5]建立的水資源生態(tài)足跡模型，計(jì)算并分析阿克蘇地區(qū)2004～2011年水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，并對(duì)水資源生態(tài)赤字進(jìn)行預(yù)測(cè)，為阿克蘇地區(qū)水資源的開(kāi)發(fā)保護(hù)和可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

阿克蘇地區(qū)地處新疆維吾爾自治區(qū)中部、天山山脈中段南麓、塔里木盆地北緣,位于39°30′～42°40′ N,78°02′～84°05′ E之間。東鄰巴音郭楞蒙古自治州，西接克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃?，西南與喀什地區(qū)接壤，南與和田地區(qū)相望，北與伊犁哈薩克自治州毗鄰，西北以天山山脈中梁與吉爾吉斯斯坦、哈薩克斯坦交界。東西最長(zhǎng)處約531 km，南北最寬處約386 km?？偯娣e31.52萬(wàn)km2，占新疆總面積的8%。阿克蘇地區(qū)地勢(shì)北高南低，由西北向東南傾斜。屬暖溫帶大陸性氣候，氣候干燥，降雨量少，光熱資源豐富，全區(qū)年總?cè)照? 800 h以上，僅次于青藏高原，居全國(guó)第二位。晝夜溫差大，無(wú)霜期長(zhǎng)，為183～227 d，年平均氣溫在9.9～11.5 ℃，年降水量42.4～94.4 mm。阿克蘇地區(qū)是新疆水資源最為豐富的地區(qū)之一。阿克蘇境內(nèi)共有冰川1 298條，總面積為4 098 km2，每年冰雪儲(chǔ)水量約3 500億m3。昆瑪力克河、阿克蘇河、渭干河三大水系由16條主要干流及大小60多條主要泉水河流組成，地表水總資源量為133.2億m3，地下水總補(bǔ)給量為46.02億m3，其中天然補(bǔ)給量為6.26億m3，水資源總量為139.46億m3。全地區(qū)總?cè)丝?14萬(wàn)人，其中少數(shù)民族155萬(wàn)人，占總?cè)丝诘?5.5%。阿克蘇地區(qū)地處新疆南北疆交通要塞，是南疆重鎮(zhèn)和交通樞紐。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源研究數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒(2002-2012年)》[6]、《阿克蘇年鑒(2002-2012年)》[7]以及《阿克蘇水資源公報(bào)》[8]。

2.2 研究方法

2.2.1水資源生態(tài)足跡模型。

2.2.1.1水資源生態(tài)足跡。EFw=N·efw=N·γw·W/Pw。式中，EFw為總水資源生態(tài)足跡(hm2);N為人口數(shù);efw為人均水資源生態(tài)足跡(hm2/人);γw為水資源全球均衡因子;W為消耗的水資源量(m3);Pw為全球水資源平均生產(chǎn)能力(m3/hm2)。

2.2.1.2水資源承載力。ECw=N·ecw=0.4·φ·γ·Q/Pw。式中，ECw為水資源承載力(hm2);N為人口數(shù);ecw為人均水資源承載力(hm2/人);φ水資源產(chǎn)量因子;γ為水資源均衡因子；Q為水資源總量(m3)；Pw為全球水資源平均生產(chǎn)能力(m3/hm2)。一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的水資源開(kāi)發(fā)利用率若超過(guò)30%～40%,則可能引起生態(tài)環(huán)境的惡化,因此,一個(gè)國(guó)家和地區(qū)的水資源承載力中必須至少扣除60%用于維持生態(tài)環(huán)境,因此在上述計(jì)算中乘以了系數(shù)0.4[5,9]。

2.2.1.3水資源生態(tài)赤字(盈余)。水資源生態(tài)赤字(盈余)=ECw-EFw。當(dāng)ECwEFw時(shí)，為生態(tài)盈余，表明水資源處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

全球水資源均衡因子根據(jù)2008版的國(guó)家足跡核算方法提供的內(nèi)陸水域均衡因子取值為 0.4。水資源產(chǎn)量因子的計(jì)算方法參考黃林楠等[5]的方法。

3 結(jié)果與分析

3.1 阿克蘇地區(qū)水資源生態(tài)足跡、水資源承載力及生態(tài)赤字計(jì)算通過(guò)以上方法計(jì)算得到阿克蘇地區(qū)水資源生態(tài)足跡、水資源承載力及生態(tài)赤字(表1)。由表1可知，阿克蘇地區(qū)的人均水資源生態(tài)足跡基本呈先增后減的趨勢(shì)，但整體從2004年到2011年共計(jì)減少了0.069 4 hm2/人。2004～2007年由0.573 0 hm2/人增至0.598 0 hm2/人，達(dá)到最大值，增速較緩慢。2007年開(kāi)始，水資源生態(tài)足跡開(kāi)始減少，到2011年已由最大值0.598 0 hm2/人減少至0.503 6 hm2/人，減少了0.094 4 hm2/人。其中，第一產(chǎn)業(yè)人均水資源生態(tài)足跡遠(yuǎn)大于人均生活用水及生態(tài)環(huán)境用水?？傮w上生產(chǎn)用水先增后減，生活用水增加，生態(tài)用水增加。造成以上趨勢(shì)的原因是大型工業(yè)園區(qū)的規(guī)劃用水、罐區(qū)節(jié)水改造等節(jié)水措施使得資源能夠有效利用，用水量逐漸減少。生活用水的增加是因?yàn)槌鞘腥丝谂蛎洝⑸钏教岣咚绊懙?。生態(tài)環(huán)境用水逐漸增加是由于生態(tài)環(huán)境保護(hù)準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)隨著社會(huì)發(fā)展不斷的完善，人們生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及對(duì)生態(tài)治理和恢復(fù)的重視。

表1 阿克蘇地區(qū)人均水資源生態(tài)足跡 hm2/人

由表1可知，水資源承載力幾乎趨于平穩(wěn)。水資源承載力受限于水文、氣象、植被等自然資源因素[10]。2010年人均水資源量為3 063 m3/人，超出全疆平均水平，可供水量具有較大空間。較大的節(jié)水潛力在可持續(xù)發(fā)展過(guò)程中減少了一部分用水需求。結(jié)果表明，該地區(qū)水資源較為豐富，相對(duì)人口而言沒(méi)有造成很大壓力。

2004～2011年阿克蘇地區(qū)的水資源生態(tài)赤字整體趨勢(shì)為先降后升，由2004年的-0.532 6 hm2/人上升到-0.469 2 hm2/人。2004～2008年生態(tài)赤字減少，由于阿克蘇地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，工業(yè)發(fā)展不完善，資源利用率低，農(nóng)業(yè)用水正逐步從粗放式利用轉(zhuǎn)向集約化利用，人們環(huán)保意識(shí)薄弱，因此造成水資源赤字。到2011年，水資源仍然處于赤字狀態(tài)，但赤字逐年縮小，說(shuō)明阿克蘇地區(qū)水資源利用隨著工農(nóng)業(yè)用水的科學(xué)有效利用以及人們節(jié)水意識(shí)的逐步增強(qiáng)正趨于合理化。

3.2 阿克蘇地區(qū)水資源生態(tài)赤字預(yù)測(cè)根據(jù)2008～2011年水資源生態(tài)赤字的數(shù)據(jù)，通過(guò)EXCEL實(shí)現(xiàn)灰色預(yù)測(cè)GM(1,1)模型預(yù)測(cè)2012～2024年水資源生態(tài)赤字(盈余)狀況，其結(jié)果見(jiàn)圖1。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，阿克蘇地區(qū)生態(tài)赤字情況從2012年的-0.415 8 hm2/人逐年增加到2024年的-0.176 7 hm2/人。在經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，隨著科技的進(jìn)步，很大程度上提高了水資源利用率。趨于合理的開(kāi)發(fā)和利用水資源及人們節(jié)水意識(shí)的增強(qiáng)使得水資源生態(tài)赤字逐年增大，但仍然處于赤字狀態(tài)。因此，今后節(jié)水形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)水資源生態(tài)足跡模型計(jì)算，結(jié)果顯示阿克蘇地區(qū)的人均水資源生態(tài)足跡基本呈先增后減的趨勢(shì)，整體從2004年到2011年共計(jì)減少了0.069 4 hm2/人。2004～2007年由0.573 0 hm2/人增至0.598 0 hm2/人，達(dá)到最大值，增速較緩慢。2007年開(kāi)始，水資源生態(tài)足跡開(kāi)始減少，到2011年已由最大值0.598 0 hm2/人減少至0.503 6 hm2/人，減少了0.094 4 hm2/人。其中，第一產(chǎn)業(yè)人均水資源生態(tài)足跡遠(yuǎn)大于人均生活用水及生態(tài)環(huán)境用水?？傮w上生產(chǎn)用水先增后減，生活用水增加，生態(tài)用水增加。其原因是大型工業(yè)園區(qū)的規(guī)劃用水、灌區(qū)節(jié)水改造等節(jié)水措施使得資源能夠有效利用，生產(chǎn)用水量逐漸減少。生活用水是城市人口膨脹、生活水平提高所影響的。生態(tài)環(huán)境保護(hù)準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)隨著社會(huì)發(fā)展不斷的完善，人們生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及對(duì)生態(tài)治理和恢復(fù)的重視逐漸增加了生態(tài)環(huán)境用水。

水資源承載力幾乎趨于平穩(wěn)，表明該地區(qū)水資源量相對(duì)人口而言沒(méi)有造成很大壓力，水資源較為豐富。2004～2011年阿克蘇地區(qū)的水資源生態(tài)赤字整體趨勢(shì)為先降后升，由2004年的-0.532 6 hm2/人上升到-0.469 2 hm2/人。2004～2008年生態(tài)赤字減少，由于阿克蘇地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，工業(yè)發(fā)展不完善，資源利用率低，農(nóng)業(yè)用水正逐步從粗放式利用轉(zhuǎn)向集約化利用，人們環(huán)保意識(shí)薄弱，造成水資源赤字。到2011年，水資源仍然處于赤字狀態(tài)，但赤字逐年縮小，說(shuō)明阿克蘇地區(qū)水資源利用正趨于合理。

(2)通過(guò)灰色預(yù)測(cè)GM(1,1)模型預(yù)測(cè)生態(tài)赤字(盈余)情況。結(jié)果顯示，生態(tài)赤字呈逐年增大，從2012年的-0.415 8 hm2/人增加到2024年的-0.176 7 hm2/人，水資源發(fā)展趨于合理化。在經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，隨著科技的進(jìn)步，很大程度上提高了水資源利用率。趨于合理的開(kāi)發(fā)和利用水資源及人們節(jié)水意識(shí)的增強(qiáng)使得水資源生態(tài)赤字逐年增大，但仍然處于赤字狀態(tài)。因此，今后節(jié)水形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

[1] 李利鋒,成升魁.生態(tài)占用—衡量可持續(xù)發(fā)展的新指標(biāo)[J].資源科學(xué),2000,15(4):375-382.

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[6] 新疆統(tǒng)計(jì)局，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局新疆調(diào)查總隊(duì).新疆統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,2002-2012.

[7] 阿克蘇地區(qū)統(tǒng)計(jì)局.阿克蘇統(tǒng)計(jì)年鑒[M].阿克蘇地區(qū)統(tǒng)計(jì)出版社,2002-2012.

[8] 阿克蘇地區(qū)統(tǒng)計(jì)局.阿克蘇水資源公報(bào)[M].阿克蘇地區(qū)統(tǒng)計(jì)出版社,2006.

[9] 張?jiān)?中國(guó)水資源與可持續(xù)發(fā)展[M].南寧:廣西科學(xué)技術(shù)出版社, 2000：2-3, 120-125.

[10] 李玉平,王曉妍,朱琛，等. 邢臺(tái)市水資源生態(tài)足跡核算與預(yù)測(cè)研究[J].水土保持研究,2014，21(3)：227-230.

Research for Calculation and Prediction of Water Resource Ecological Footprint in Aksu Administrative Offices

WANG Wen-xin, XU Hua-jun, WANG Dan-tong

(School of Resource and Environmental Science, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046)

The ecological footprint, ecological carrying capacity and deficit of water resources in Aksu region was calculated. According to data, grey prediction GM (1, 1) model was used to forecast the trend of ecological deficit (surplus) from 2012 to 2024. The results showed that the ecological footprint of water after the first increased, water resources carrying capacity leveled off, indicating that the development trend of integrated water resources is gradually from irrational use to scientific and effective use. But still water resource is still in deficit, therefore, Aksu region water resources problem is still pressing.

Ecological footprint; Water resources; Gray forecasting model; Aksu area

王文欣(1989-)，女，蒙古族，新疆巴里坤人，碩士研究生，研究方向：干旱區(qū)資源與環(huán)境。

2014-11-19

S 181.3

A

0517-6611(2015)01-227-03