阿克苏地区水资源生态足迹核算与预测研究
2015-02-28王文欣徐华君王丹彤
王文欣，徐华君，王丹彤
(新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046)
阿克苏地区水资源生态足迹核算与预测研究
王文欣，徐华君，王丹彤
(新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046)
通过水资源生态模型计算阿克苏地区水资源生态足迹、水资源生态承载力和生态赤字。根据已知年数据，运用灰色预测GM(1,1)模型预测2012～2024年的生态赤字(盈余)趋势。结果表明，该区水资源生态足迹先增后减，水资源承载力趋于平稳，说明水资源综合利用发展趋势从不合理逐步发展为科学有效的利用。但水资源利用仍然处于赤字状态，因此阿克苏地区水资源问题依然紧迫。
生态足迹；水资源；灰色预测模型；阿克苏地区
生态足迹是一种衡量人类对自然资源利用程度以及自然界为人类提供的生命支持服务功能的方法[1-2]。William将其比喻为 “一只负载着人类与人类所创造的城市、工厂的巨脚踏在地球上留下的脚印”[3]，当地球所能提供的土地面积容不下这只“巨脚”时，其上的城市、工厂就会失去平衡。生态足迹模型由于资料的相对易获取、计算方法的可操作性、可重复性以及很强的可复制性，使得生态足迹分析具有广泛的应用范围[4]。但该模型仍然存在一些不足，生态足迹分析没有把自然系统提供资源、消纳废弃物的功能描述完全，忽视了地下资源和水资源的估算。针对水资源的价值描述不足的问题，笔者采用黄林楠等[5]建立的水资源生态足迹模型，计算并分析阿克苏地区2004～2011年水资源生态足迹和生态承载力，并对水资源生态赤字进行预测，为阿克苏地区水资源的开发保护和可持续利用提供科学依据。
1 研究区概况
阿克苏地区地处新疆维吾尔自治区中部、天山山脉中段南麓、塔里木盆地北缘,位于39°30′～42°40′ N,78°02′～84°05′ E之间。东邻巴音郭楞蒙古自治州，西接克孜勒苏柯尔克孜自治州，西南与喀什地区接壤，南与和田地区相望，北与伊犁哈萨克自治州毗邻，西北以天山山脉中梁与吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦交界。东西最长处约531 km，南北最宽处约386 km。总面积31.52万km2，占新疆总面积的8%。阿克苏地区地势北高南低，由西北向东南倾斜。属暖温带大陆性气候，气候干燥，降雨量少，光热资源丰富，全区年总日照2 800 h以上，仅次于青藏高原，居全国第二位。昼夜温差大，无霜期长，为183～227 d，年平均气温在9.9～11.5 ℃，年降水量42.4～94.4 mm。阿克苏地区是新疆水资源最为丰富的地区之一。阿克苏境内共有冰川1 298条，总面积为4 098 km2，每年冰雪储水量约3 500亿m3。昆玛力克河、阿克苏河、渭干河三大水系由16条主要干流及大小60多条主要泉水河流组成，地表水总资源量为133.2亿m3，地下水总补给量为46.02亿m3，其中天然补给量为6.26亿m3，水资源总量为139.46亿m3。全地区总人口214万人，其中少数民族155万人，占总人口的75.5%。阿克苏地区地处新疆南北疆交通要塞，是南疆重镇和交通枢纽。
2 数据来源与研究方法
2.1 数据来源研究数据主要来源于《新疆统计年鉴(2002-2012年)》[6]、《阿克苏年鉴(2002-2012年)》[7]以及《阿克苏水资源公报》[8]。
2.2 研究方法
2.2.1水资源生态足迹模型。
2.2.1.1水资源生态足迹。EFw=N·efw=N·γw·W/Pw。式中，EFw为总水资源生态足迹(hm2);N为人口数;efw为人均水资源生态足迹(hm2/人);γw为水资源全球均衡因子;W为消耗的水资源量(m3);Pw为全球水资源平均生产能力(m3/hm2)。
2.2.1.2水资源承载力。ECw=N·ecw=0.4·φ·γ·Q/Pw。式中，ECw为水资源承载力(hm2);N为人口数;ecw为人均水资源承载力(hm2/人);φ水资源产量因子;γ为水资源均衡因子；Q为水资源总量(m3)；Pw为全球水资源平均生产能力(m3/hm2)。一个国家或地区的水资源开发利用率若超过30%～40%,则可能引起生态环境的恶化,因此,一个国家和地区的水资源承载力中必须至少扣除60%用于维持生态环境,因此在上述计算中乘以了系数0.4[5,9]。
2.2.1.3水资源生态赤字(盈余)。水资源生态赤字(盈余)=ECw-EFw。当ECw
全球水资源均衡因子根据2008版的国家足迹核算方法提供的内陆水域均衡因子取值为 0.4。水资源产量因子的计算方法参考黄林楠等[5]的方法。
3 结果与分析
3.1 阿克苏地区水资源生态足迹、水资源承载力及生态赤字计算通过以上方法计算得到阿克苏地区水资源生态足迹、水资源承载力及生态赤字(表1)。由表1可知，阿克苏地区的人均水资源生态足迹基本呈先增后减的趋势，但整体从2004年到2011年共计减少了0.069 4 hm2/人。2004～2007年由0.573 0 hm2/人增至0.598 0 hm2/人，达到最大值，增速较缓慢。2007年开始，水资源生态足迹开始减少，到2011年已由最大值0.598 0 hm2/人减少至0.503 6 hm2/人，减少了0.094 4 hm2/人。其中，第一产业人均水资源生态足迹远大于人均生活用水及生态环境用水。总体上生产用水先增后减，生活用水增加，生态用水增加。造成以上趋势的原因是大型工业园区的规划用水、罐区节水改造等节水措施使得资源能够有效利用，用水量逐渐减少。生活用水的增加是因为城市人口膨胀、生活水平提高所影响的。生态环境用水逐渐增加是由于生态环境保护准则和标准随着社会发展不断的完善，人们生态环保意识的增强以及对生态治理和恢复的重视。
表1 阿克苏地区人均水资源生态足迹 hm2/人
由表1可知，水资源承载力几乎趋于平稳。水资源承载力受限于水文、气象、植被等自然资源因素[10]。2010年人均水资源量为3 063 m3/人，超出全疆平均水平，可供水量具有较大空间。较大的节水潜力在可持续发展过程中减少了一部分用水需求。结果表明，该地区水资源较为丰富，相对人口而言没有造成很大压力。
2004～2011年阿克苏地区的水资源生态赤字整体趋势为先降后升，由2004年的-0.532 6 hm2/人上升到-0.469 2 hm2/人。2004～2008年生态赤字减少，由于阿克苏地区经济发展迅速，工业发展不完善，资源利用率低，农业用水正逐步从粗放式利用转向集约化利用，人们环保意识薄弱，因此造成水资源赤字。到2011年，水资源仍然处于赤字状态，但赤字逐年缩小，说明阿克苏地区水资源利用随着工农业用水的科学有效利用以及人们节水意识的逐步增强正趋于合理化。
3.2 阿克苏地区水资源生态赤字预测根据2008～2011年水资源生态赤字的数据，通过EXCEL实现灰色预测GM(1,1)模型预测2012～2024年水资源生态赤字(盈余)状况，其结果见图1。预测结果显示，阿克苏地区生态赤字情况从2012年的-0.415 8 hm2/人逐年增加到2024年的-0.176 7 hm2/人。在经济可持续发展的基础上，随着科技的进步，很大程度上提高了水资源利用率。趋于合理的开发和利用水资源及人们节水意识的增强使得水资源生态赤字逐年增大，但仍然处于赤字状态。因此，今后节水形势依然严峻。
4 结论
(1)通过水资源生态足迹模型计算，结果显示阿克苏地区的人均水资源生态足迹基本呈先增后减的趋势，整体从2004年到2011年共计减少了0.069 4 hm2/人。2004～2007年由0.573 0 hm2/人增至0.598 0 hm2/人，达到最大值，增速较缓慢。2007年开始，水资源生态足迹开始减少，到2011年已由最大值0.598 0 hm2/人减少至0.503 6 hm2/人，减少了0.094 4 hm2/人。其中，第一产业人均水资源生态足迹远大于人均生活用水及生态环境用水。总体上生产用水先增后减，生活用水增加，生态用水增加。其原因是大型工业园区的规划用水、灌区节水改造等节水措施使得资源能够有效利用，生产用水量逐渐减少。生活用水是城市人口膨胀、生活水平提高所影响的。生态环境保护准则和标准随着社会发展不断的完善，人们生态环保意识的增强以及对生态治理和恢复的重视逐渐增加了生态环境用水。
水资源承载力几乎趋于平稳，表明该地区水资源量相对人口而言没有造成很大压力，水资源较为丰富。2004～2011年阿克苏地区的水资源生态赤字整体趋势为先降后升，由2004年的-0.532 6 hm2/人上升到-0.469 2 hm2/人。2004～2008年生态赤字减少，由于阿克苏地区经济发展迅速，工业发展不完善，资源利用率低，农业用水正逐步从粗放式利用转向集约化利用，人们环保意识薄弱，造成水资源赤字。到2011年，水资源仍然处于赤字状态，但赤字逐年缩小，说明阿克苏地区水资源利用正趋于合理。
(2)通过灰色预测GM(1,1)模型预测生态赤字(盈余)情况。结果显示，生态赤字呈逐年增大，从2012年的-0.415 8 hm2/人增加到2024年的-0.176 7 hm2/人，水资源发展趋于合理化。在经济可持续发展的基础上，随着科技的进步，很大程度上提高了水资源利用率。趋于合理的开发和利用水资源及人们节水意识的增强使得水资源生态赤字逐年增大，但仍然处于赤字状态。因此，今后节水形势依然严峻。
[1] 李利锋,成升魁.生态占用—衡量可持续发展的新指标[J].资源科学,2000,15(4):375-382.
[2] 杨开忠,杨咏,陈洁.生态足迹分析理论与方法[J].地球科学进展,2000,15(6):630-636.
[3] REES W E.Revisiting carrying capacity: Area-based indicators of sustainability[EB/OL]. http//www.dieoff.com/page/110.htm.1997.
[4] 王书华,毛汉英,王忠静.生态足迹研究的国内外近期进展[J].自然资源学报, 2002, 17(6): 775-782.
[5] 黄林楠,张伟新,姜翠玲,等.水资源生态足迹计算方法[J].生态学报，2008，28(3):1279-1286.
[6] 新疆统计局，国家统计局新疆调查总队.新疆统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2002-2012.
[7] 阿克苏地区统计局.阿克苏统计年鉴[M].阿克苏地区统计出版社,2002-2012.
[8] 阿克苏地区统计局.阿克苏水资源公报[M].阿克苏地区统计出版社,2006.
[9] 张岳.中国水资源与可持续发展[M].南宁:广西科学技术出版社, 2000：2-3, 120-125.
[10] 李玉平,王晓妍,朱琛，等. 邢台市水资源生态足迹核算与预测研究[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，硕士研究生，研究方向：干旱区资源与环境。
2014-11-19
S 181.3
A
0517-6611(2015)01-227-03
