乌鲁木齐水资源生态足迹与承载力分析及预测

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(新疆大学经济与管理学院 新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆统计年鉴数据显示，2016年乌鲁木齐水资源总量为10.74亿立方米。其中，地表水资源量为6.02亿立方米，地下水资源量为4.43亿立方米，人均水资源量409立方米/人，人均水资源量低于新疆人均水资源量5500立方米/人，乌鲁木齐水资源生态足迹及未来水资源量变化关系乌鲁木齐社会经济的发展，因此有必要对乌市水资源生态足迹及承载力进行计算及预测。

一、研究方法

(一)数据来源

本文数据主要来源于《新疆统计年鉴(2006-2017年)》。

(二)水资源生态足迹计算公式

本文将水资源分为生产用水、居民生活用水和生态环境用水三类。

1.水资源生态足迹及承载力计算公式、水资源均衡因子(0.4)、产量因子及生产能力参看文献[2]。

2.生态赤字 / 生态盈余

EFW- ECW<0 生态赤字，水资源供给不足。EFW- ECW>0 生态盈余，水资源供给充分。

EFW- ECW=0 生态平衡。

3.水资源负载指数公式。

4.万元GDP水资源生态足迹

万元GDP水资源生态足迹=EFW/GDP

(三)ARIMA模型

ARIMA模型是由BOX和Jenkins提出的一种适用于短期预测的模型。

二、结果与分析

(一)生态足迹计算及分析

本文利用Excel软件对乌鲁木齐生态足迹进行计算，结果表明，2005-2016年，乌鲁木齐总水资源生态足迹在波动中上升，主要是由于第一产业、第二产业、第三产业用水量的增加所致。2009-2016年乌鲁木齐水资源生态足迹先下降后迅速升之后呈下降趋势。这可能是由于2013年水资源供水总量忽然增加所致。第二产业生态足迹是总水资源生态足迹的13～22%，这反映出目前乌鲁木齐工业用水量低，工业发展水平不高。第三产业生态足迹占总水资源生态足迹比重的1%～3%，这是由于乌市经济重点在农业和工业上，而服务业起步晚发展不充分，但服务业的发展趋势是上升的。生活用水生态足迹占总水资源生态足迹比重的12%～18%，低于第二产业的比重。生活用水生态足迹的缓慢增加主要是乌鲁木齐人口数量增加所致。生态环境用水生态足迹在12年间呈上升趋势，虽然生态环境用水占总生态足迹的比重(2～9%)不大，但是2016年比2005年上升了4.5倍，可以看出乌鲁木齐生态用水量在逐渐增加。

(二)水资源承载力计算与分析

通过Excel 软件计算而得，2005-2016年，乌鲁木齐水资源生态承载力呈上升趋势,生态赤字波动大体上维持稳定。

(三)乌鲁木齐水资源负载指数分析

2005-2016年乌鲁木齐水资源生态压力指数大体上处于上升的趋势，除了2008年及2012年的水资源负载指数小于10,其他年份的水资源生态压力指数均大于10，属于Ι级，表示水资源利用程度很高，可能需要区外调水。

(四)水资源的利用效率分析

2005-2016年，乌市万元GDP水资源生态足迹呈逐渐下降的趋势，可能的原因是:(1)乌市水资源短缺因而越来越重视水资源的利用效率。(2)乌市经济结构转型的过程中对水资源开发利用方式向有效率的一面转变。

(五)基于ARIMA 模型的模拟预测与分析

1.ARIMA 模型的模拟预测

本文以水资源总生态足迹(EF)为例,采用 EViews 7.0 软件来具体说明ARIMA 模型运用和预测过程。

(1)序列平稳化检验。检验结果表明总水资源生态足迹EF序列是非平稳序列，经过一阶差分后序列D(EF)的ADF单位根和PP检验的值都小于1%，5%和 10%的临界值，D(EF)通过了 ADF 和 PP 检验，D(EF)是平稳时间序列。

(2)模型初步识别。D(EF)序列的AC及PAC趋向拖尾，在4 次阶之后骤减，可确定AR 和 MA 的阶次p、q 值为4,4，由前文平稳性检验可知 d=1。初步可用ARIMA(4,1,4)模型对EF序列进行模拟和预测。

(3)模型参数估计。通过软件 EViews 7.0对数据反复试算，模型ARIMA(4,1,4)最佳。

(4)模型诊断分析。通过ARMA Structure检验模型特征根倒数在单位圆内。通过Q检验，单位根ADF值小于1%、5%、10%显著性水平的临界值，模型ARIMA(4,1,4)的残差序列是白噪声序列。ARIMA(4,1,4)为最优模型。

(5)ARIMA 模型预测结果。从预测结果看，2017-2021年乌鲁木齐总水资源生态足迹有所下降，降幅为12.32%。这可能是由于乌鲁木齐第一产业生态足迹下降带来的影响。

2.水资源承载力预测

依然用ARIMA模型对乌鲁木齐水资源承载力进行预测，得出 ARIMA(4,1,4)是最优模型，其预测结果，2017—2021年，乌鲁木齐水资源生态承载力呈下降趋势，生态赤字率在91%之上，可以看出未来5年乌鲁木齐的水资源供需矛盾将更加突出。

三、结论

本文对2005-2016年乌鲁木齐的水资源生态足迹及承载力进行了计算，并运用ARIMA模型进行了短期预测。研究认为:

(1)2005—2016 年，乌鲁木齐总水资源生态足迹有所波动但总体上保持上升趋势。利用ARIMA模型进行预测结果显示，2017-2021年乌鲁木齐水资源生态足迹呈下降趋势。(2)2005—2016 年，乌鲁木齐水资源生态承载力不断上升，乌鲁木齐生态赤字率大多数在90%以上且生态赤字远大于承载力，乌市水资源生态赤字状况严重。从预测结果看2017-2021年乌鲁木齐水资源承载力呈逐渐下降趋势。(3)2005—2016 年乌鲁木齐水资源负载指数呈现出逐渐上升的趋势，除了2008年及2012年的水资源负载指数小于10，其他年份的水资源生态压力指数均大于10，属于Ι级，表示水资源利用程度很高，可能需要区域外调水。

综上，目前乌鲁木齐的水资源供给并不足，赤字程度很大，水资源面临的问题很严峻。从预测的生态足迹及承载力看，2017-2021年乌市的水资源赤字程度更大，面临的问题更严重。解决这个问题，除了传统的节约用水外，目前最好的对策应该放到提高水资源的利用效率上来，通过提高用水效率来抵消一部分因水资源供给不足带来问题。