雷亞君，張永福，張敏惠，梁雪梅，邵新娟

（1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊830046；2.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830046）

新疆水資源生態(tài)足跡核算與預(yù)測(cè)

雷亞君1，2，張永福1，2，張敏惠1，2，梁雪梅1，2，邵新娟1，2

（1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊830046；2.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830046）

根據(jù)水資源生態(tài)足跡的基本原理和計(jì)算模型，引入水資源負(fù)載指數(shù)，對(duì)新疆2005—2014年水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)承載力進(jìn)行計(jì)算，并運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)模型GM（1，1）對(duì)2015—2025年的生態(tài)赤字／盈余趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明：①新疆歷年水資源生態(tài)足跡大于水資源承載力，處于生態(tài)赤字狀態(tài)，從2005年的－7.83×107hm2下降至2013年的－9.06×107hm2，水資源開(kāi)發(fā)率很低；②2005—2014年新疆水資源生態(tài)足跡和承載力均呈上升趨勢(shì)，人均生態(tài)足跡和人均承載力呈上下波動(dòng)狀態(tài)，生產(chǎn)用水生態(tài)足跡在三個(gè)水資源賬戶中比例最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其它兩部分，占總水資源足跡的95.86%；③水資源負(fù)載指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，表明水資源的利用程度逐漸加強(qiáng)，2005—2012年負(fù)載指數(shù)在2～5之間，表明新疆水資源利用程度中等；2013—2014年負(fù)載指數(shù)在5～10之間，表明新疆水資源利用程度高，開(kāi)發(fā)條件困難；④ 新疆水資源存在分布不均勻的狀態(tài)，南疆、北疆、東疆差異較大，南疆、北疆水資源生態(tài)足跡、水資源承載力均大于東疆，而南、北疆萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡則小于東疆；⑤ 對(duì)2015—2025年水資源進(jìn)行預(yù)測(cè)，新疆水資源一直處于生態(tài)赤字狀態(tài)，而且水資源生態(tài)赤字呈逐年減小的趨勢(shì)，水資源生態(tài)赤字越來(lái)越嚴(yán)重，今后的形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，在利用中提高節(jié)水意識(shí)。

生態(tài)足跡；水資源負(fù)載指數(shù)；水資源生態(tài)赤字；GM（1，1）模型

水是人類生存的重要源泉，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開(kāi)水資源的持續(xù)充足供給，水資源生態(tài)足跡是評(píng)價(jià)社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的有效指標(biāo)之一［1］，20世紀(jì)90年代，加拿大學(xué)者William Rees和MathisWackernagel等［2－4］提出了生態(tài)足跡模型（EF），是一種以土地為度量單位的可持續(xù)評(píng)估方法。該模型提出后得到了各國(guó)學(xué)者和機(jī)構(gòu)的廣泛應(yīng)用［5－7］，1999年被徐中民等學(xué)者引入國(guó)內(nèi)以來(lái)，成為研究熱點(diǎn)［8－11］。王新華采用自下而上的水足跡核算方法，分析計(jì)算了2000年中國(guó)各省的人均水足跡［12］。鄧曉軍等采用自上而下的方法計(jì)算分析了四川省2004年的水足跡及其相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)［13］。黃晶等運(yùn)用水足跡理論，采用自上而下的方法計(jì)算評(píng)價(jià)了1990—2005年北京市水足跡及水資源利用的可持續(xù)性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了北京市農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)的變化特征［14］。

新疆地處干旱半干旱區(qū)，有典型的山地—綠洲—荒漠生態(tài)系統(tǒng)，水資源的合理利用是維持新疆生態(tài)環(huán)境及本區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。目前生態(tài)足跡應(yīng)用研究多集中在區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的生態(tài)足跡分析評(píng)價(jià)領(lǐng)域，有關(guān)單項(xiàng)資源的生態(tài)足跡研究較少。因此，本文對(duì)2005—2014年間新疆維吾爾自治區(qū)的水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行計(jì)算分析，并對(duì)2015—2025年水資源生態(tài)赤字／盈余進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期對(duì)正確認(rèn)識(shí)新疆水資源利用現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

新疆維吾爾自治區(qū)地處亞歐大陸腹地的中緯地區(qū)，地跨北緯 34°25′～49°11′，東經(jīng) 73°40′～96°18′。是生態(tài)環(huán)境的脆弱區(qū)與敏感區(qū)，干旱的氣候是形成新疆脆弱生態(tài)環(huán)境基本特征直接的主導(dǎo)因素，地形復(fù)雜，高山與平原、盆地相間，沙漠與綠洲共存加劇了這種脆弱。天山以南為南疆，天山以北為北疆，哈密地區(qū)和吐魯番地區(qū)為東疆，新疆的最低點(diǎn)艾丁湖低于海平面155m，最高點(diǎn)喬戈里峰為8 611m。

新疆三大山脈的積雪、冰川孕育匯集為500多條河流，分布于天山南北的盆地，其中較大的有塔里木河、伊犁河、額爾齊斯河、瑪納斯河、烏倫古河、開(kāi)都河等20多條，新疆境內(nèi)形成了獨(dú)具特色的大冰川，共計(jì)1.86萬(wàn)余條，總面積2.4萬(wàn)多 km2，占全國(guó)冰川面積的42%，冰儲(chǔ)量2.58億m3，是新疆的天然“固體水庫(kù)”。新疆的水資源極為豐富，人均占有量居全國(guó)前列。大沙漠占全國(guó)沙漠面積的2／3，其中塔里木盆地中的塔克拉瑪干沙漠的面積為33.67萬(wàn)km2，是中國(guó)最大的沙漠，為世界第二大流動(dòng)沙漠，僅次于阿拉伯半島上的魯卜哈利沙漠。準(zhǔn)噶爾盆地的古爾班通古特沙漠，面積4.8萬(wàn)km2，為中國(guó)第二大沙漠。2014年，全疆水資源總量726.93億m3，地表水資源總量686.55億 m3，地下水資源總量 443.93億m3，人均水資源為3 130 m3，其中烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市等區(qū)域人均水資源遠(yuǎn)低于1 000 m3，僅為 410、226、17 m3。水資源分配極不均衡，與人口、土地和經(jīng)濟(jì)布局不相匹配。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文水資源數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《2005—2014年新疆維吾爾自治區(qū)水資源公報(bào)》［15］；人口、GDP等經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《2005—2014年新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》［16］和各地州市的政府工作報(bào)告。數(shù)據(jù)處理軟件采用 Excel 2010，DPS 7.05和 ArcGIS 9.3。

2 研究方法

2.1 灰色預(yù)測(cè)模型

灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型是灰色系統(tǒng)理論的核心內(nèi)容，通過(guò)部分已知的數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)信息抽象的概念量化，量化的概念模型化，最后進(jìn)行模型優(yōu)化來(lái)預(yù)測(cè)部分未知的數(shù)據(jù)。如果所要預(yù)測(cè)的某項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)波動(dòng)性太大，其發(fā)展趨勢(shì)無(wú)規(guī)律可循時(shí)，則無(wú)法用回歸預(yù)測(cè)法對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)。鑒于此，新疆生態(tài)足跡更適合用灰色預(yù)測(cè)法進(jìn)行預(yù)測(cè)［17－18］。

具體計(jì)算方法如下［19］：

首先，設(shè)原始數(shù)據(jù) X（0）有 n個(gè)值，即 X（0）＝｛X（0）（1），X（0）（2），…，X（0）（n）｝， 灰 色 預(yù) 測(cè) 模 型GM（1，1）相應(yīng)的微分方程為過(guò)累加生成新序列 X（1）＝｛X（1）（1），X（1）（2），…，X（1）（n）｝。α和μ可利用最小二乘法求解。解得：，求解微分方程，便可以得到預(yù)1，2，3，…，n，根據(jù)模型即可得到一組預(yù)測(cè)系列。

模型精度檢驗(yàn)：對(duì)GM（1，1）模型進(jìn)行殘差檢驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)。如果殘差檢驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)都能通過(guò)，則說(shuō)明模型精度較高，可以作為預(yù)測(cè)模型，否則，需進(jìn)行殘差修正，建立殘差GM（1，1）模型，并把殘差GM（1，1）的預(yù)測(cè)值加到原預(yù)測(cè)值中，以提高預(yù)測(cè)精度。

殘差檢驗(yàn)：殘差檢驗(yàn)即模型精度按點(diǎn)的檢驗(yàn)。P＞90%才能滿足模型的精度要求。

C值越小P值越大模型精度越高，一般要求 C＜0.35，最大不超過(guò) 0.65；P＞0.95，不得小于 0.7。模型精度等級(jí)劃分［16］（表 1）。

表1 灰色預(yù)測(cè)精度檢驗(yàn)等級(jí)Table 1 The grades of grey prediction accuracytest

2.2 水資源生態(tài)足跡模型

根據(jù)水資源生態(tài)足跡的內(nèi)涵和用水特性，將水資源利用水分為生活用水、生產(chǎn)用水和生態(tài)環(huán)境用水三大類進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算步驟［20］如下：

水資源生態(tài)足跡：

式中，EFw為水資源總生態(tài)足跡（hm2）；N為人口總數(shù)（人）；efw為人均水資源生態(tài)足跡（hm2·cap－1）；γw為水資源的全球均衡因子，其取值為5.19；W為人均消耗的水資源量（m3）；Pw為世界水資源平均生產(chǎn)能力（m3·hm－2），其取值為 3 140m3·hm－2。

為便于計(jì)算，本研究選擇根據(jù)WWF2002確定的水資源均衡因子5.19作為計(jì)算值，水資源全球平均生產(chǎn)能力 Pw：采用水文學(xué)中的產(chǎn)水模數(shù)來(lái)描述水資源生產(chǎn)能力，根據(jù)學(xué)者研究結(jié)果，世界水資源平均生產(chǎn)能力為 3 140m3·hm－2［6］。

2.3 水資源生態(tài)承載力

水資源生態(tài)承載力代表區(qū)域內(nèi)水資源與各個(gè)用水賬戶之間存在的供需關(guān)系以及可持續(xù)程度，可將其定義為：某一區(qū)域在某一具體歷史發(fā)展階段，水資源最大供給量可供支持該區(qū)域資源、環(huán)境和社會(huì)（生態(tài)、生產(chǎn)和生活）可持續(xù)發(fā)展的能力。具體可表述為：某一區(qū)域在具體的發(fā)展階段，考慮當(dāng)前科技、文化、體制的影響，在當(dāng)前的管理技術(shù)條件下，水資源對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)良性發(fā)展的支撐能力［21］。因此，研究水資源生態(tài)承載力對(duì)于人類合理開(kāi)發(fā)和利用水資源起到了相當(dāng)重要的作用。

2.3.1 水資源生態(tài)承載力計(jì)算模型 水資源承載力［22］

式中，ECw為水資源承載力（hm2）；ecw為人均水資源承載力（hm2·cap－1）；Bw為計(jì)算區(qū)域水資源用地的產(chǎn)量因子；Aw為水資源全球均衡因子；Q為水資源總量（m3）；Pw為世界水資源平均生產(chǎn)能力（m3·hm－2）。

參照前人的研究成果，一個(gè)國(guó)家和一個(gè)地區(qū)的水資源承載力中的60%用于維持生態(tài)環(huán)境，因此在水資源承載力的計(jì)算中要乘以系數(shù)0.4［23］。水資源的產(chǎn)量因子采用該區(qū)域水資源平均生產(chǎn)能力與世界水資源平均生產(chǎn)能力的比值。2005—2014年新疆水資源平均生產(chǎn)能力為 6.91×104m3·hm－2，世界水資源平均生產(chǎn)能力為 31.40×104m3·hm－2［6］。因此新疆水資源產(chǎn)量因子為0.22。

2.3.2 水資源生態(tài)盈余和水資源生態(tài)赤字 水資源生態(tài)赤字和水資源生態(tài)盈余是將區(qū)域內(nèi)水資源生態(tài)足跡和承載力相比較，就會(huì)得出水資源生態(tài)赤字或盈余，該指標(biāo)可用來(lái)判斷研究區(qū)域內(nèi)水資源的可持續(xù)利用情況［6，24］。

當(dāng)ECw＜EFw時(shí)，為水資源生態(tài)赤字，表明水資源處于不可持續(xù)狀態(tài)；當(dāng) ECw＝EFw時(shí)，為水資源生態(tài)平衡；當(dāng)ECw＞EFw時(shí)，為水資源生態(tài)盈余，表明水資源可持續(xù)發(fā)展。

2.4 水資源負(fù)載指數(shù)

水資源負(fù)載指數(shù)表示某個(gè)地方水資源的開(kāi)發(fā)利用前景，其物理意義是區(qū)域水資源量與人口和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值決定的水資源需求量的關(guān)系，反映了區(qū)域水資源的利用水平及今后水資源開(kāi)發(fā)的難易程度，它與水資源的可利用程度呈負(fù)相關(guān)。同時(shí)還能反映出以后該地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)的難易程度，分為5個(gè)等級(jí)（表2），孟麗紅等［24］利用水資源負(fù)載指數(shù)反映了江西省2007—2011年的水資源利用、開(kāi)發(fā)情況，結(jié)果與實(shí)際相符，說(shuō)明引入水資源負(fù)載指數(shù)是正確的。其計(jì)算公式為［25］：

式中，C為水資源負(fù)載指數(shù)；P為人口（萬(wàn)人）；G為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（億元）；W為水資源總量（億m3）；k為與降水有關(guān)的系數(shù)，R為年降水量（mm），其取值公式如下：

表2 水資源負(fù)載指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)Table 2 Evaluation classification for carrying index ofwater resource

2.5 萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡

萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡（EFGDP），是用來(lái)衡量水資源的利用率的指標(biāo)，指區(qū)域水資源生態(tài)足跡與地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）的比值［26］，公式如下：

3 結(jié)果與分析

3.1 新疆2005—2014年水資源生態(tài)足跡、生態(tài)承載力及生態(tài)赤字／盈余變化趨勢(shì)

按照上述公式，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。新疆2005—2014年的水資源生態(tài)足跡總體呈上升趨勢(shì)。生產(chǎn)用水生態(tài)足跡在三個(gè)水資源賬戶中比例最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其它兩部分，占總水資源足跡的95.86%，新疆用于生態(tài)環(huán)境方面的水資源最少，投入生產(chǎn)的水資源比重幾乎占據(jù)了所有水資源，說(shuō)明大部分的水資源都用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)于環(huán)境改善和保護(hù)的水資源投入量很少。生活用水的生態(tài)足跡所占比重也很小，但有逐漸增加的趨勢(shì)，主要是因?yàn)槿丝谠鲩L(zhǎng)、居住和生活水平提高引起的。2014年為最大值15.34×105hm2，比 2005年的 8.88×105hm2多了 6.46×105hm2。生產(chǎn)用水先增加后減少，從2005年的7.96×107hm2增加至2014年的9.47×107hm2，之后減少至9.38×107hm2。2005年水資源生態(tài)足跡為8.4×107hm2，到 2014年增加至 9.62×107hm2。萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡逐漸降低（圖4），2013年達(dá)到最大值，為9.25×107hm2，說(shuō)明新疆水資源利用率有逐年提高的趨勢(shì)，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源消費(fèi)依然旺盛，對(duì)水資源的需求量仍在逐漸增加。在空間分布上，南北東疆差異較大，南北疆水資源生態(tài)足跡是東疆水資源生態(tài)足跡的10倍左右，而南北疆萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡均小于東疆。

從圖2可以看出，新疆人均水資源生態(tài)足跡保持在 3.255～4.765 hm2·人－1之間，呈先上升后下降的趨勢(shì)，在 2006年達(dá)到最大值 4.765 hm2·人－1；南疆保持在1.963～2.754 hm2·人－1之間，在2006年達(dá)到最大值 2.754 hm2·人－1；北疆保持在 1.125～1.805 hm2·人－1之間，大體呈先上升后下降的趨勢(shì)；東疆則保持在 0.152～0.207 hm2·人－1之間，氣候較干燥，降水量少，人均水資源就比南北疆低得多。

新疆水資源承載力年際間差異不大（圖1），在0.571×107～0.654×107hm2之間，南北疆水資源承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于東疆。新疆水資源承載力與降水量之間的相關(guān)性系數(shù)為0.51，說(shuō)明水資源承載力與降水量呈正相關(guān)。

全疆和北疆的人均水資源承載力最高值出現(xiàn)在2006年，最低值出現(xiàn)在2011年；南疆人均水資源承載力保持在 0.133～0.187 hm2·人－1之間，最高值出現(xiàn)在2006年，最低值出現(xiàn)在2013年；東疆人均水資源承載力保持在 0.002～0.005 hm2·人－1之間，北疆人均水資源承載力最高可達(dá)東疆的8倍，南疆的人均水資源承載力最高可達(dá)東疆的13倍。在一定程度上水資源承載力受限于水文、氣象、植被等自然資源因素。

從表3、圖1和圖2可以看出，新疆水資源處于生態(tài)赤字狀態(tài)。整體來(lái)看，2005—2014年水資源生態(tài)赤字呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，從2005年的－7.83×107hm2下降至2013年的－9.06×107hm2，由于當(dāng)時(shí)人們不注意水資源合理利用，缺乏生態(tài)保護(hù)意識(shí)，耗水量大，造成水資源浪費(fèi)，生態(tài)赤字嚴(yán)重，2014年又上升到－8.96×107hm2，說(shuō)明新疆水資源利用情況正趨于合理。

表3 新疆2005—2014年水足跡和水資源承載能力Table 3 Ecological footprint ofwater resources and water resources carrying capacity in Xinjiang from 2005 to 2014

圖1 新疆2005—2014年水資源生態(tài)足跡、水資源承載力和生態(tài)赤字Fig.1 Water resources footprint、water resources carrying capacity and ecological deficit in Xinjiang from 2005 to 2014

圖2 新疆2005—2014年水資源人均生態(tài)足跡、人均水資源承載力和人均生態(tài)赤字Fig.2 Per capitawater resources footprint、water resources carrying capacity and ecological deficit in Xinjiang from 2005 to 2014

3.2 新疆2005—2014年水資源負(fù)載指數(shù)

從表4可以看出新疆的水資源負(fù)載指數(shù)呈上升趨勢(shì)，表明水資源的利用程度逐漸加強(qiáng)，2005—2012年負(fù)載指數(shù)在2～5之間，表明新疆水資源利用程度中等；到了2013年以后新疆水資源開(kāi)發(fā)利用已具有相當(dāng)規(guī)模，水資源供給對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一定的保障，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)潛力較小，必須采取一系列行之有效的節(jié)水、用水措施才能滿足新疆可持續(xù)發(fā)展的要求。

圖3 水資源承載力與降水量之間的相關(guān)性Fig.3 The correlation between water resources carrying capacity and rainfall

圖4 新疆2005—2014年萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡Fig.4 Water resources ecological footprint per 104 yuan GDP of Xinjiang from 2005 to 2014

表4 新疆2005—2014年水資源負(fù)載指數(shù)分級(jí)Table 4 Classification of load index ofwater resources in Xinjiang during 2005—2014

3.3 新疆2012—2014年各地州（市）水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力

本研究對(duì)2012—2014年新疆15個(gè)地州（市）的水資源生態(tài)足跡和水資源承載力進(jìn)行了分析。從圖5中可以看出，巴州、阿克蘇地區(qū)、阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)人均水資源生態(tài)足跡較高，均在5 hm2·人－1以上。這些地區(qū)人口密度小，人均水資源占有量大，導(dǎo)致人均水資源生態(tài)足跡大；人均水資源生態(tài)足跡較低的地區(qū)位于天山以北的烏魯木齊市、石河子市、伊犁州、克拉瑪依市、克州等地區(qū)。人均水資源生態(tài)足跡受人口密度、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、節(jié)水水平、氣候條件和水資源條件等多種因素影響。

從萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡來(lái)看（圖6），經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的烏魯木齊市最低，說(shuō)明烏魯木齊市比較注重水資源的利用，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備完善，技術(shù)先進(jìn)，能夠有效提高水資源利用效率；較高的區(qū)域分布在巴州、塔城、阿勒泰地區(qū)、阿克蘇地區(qū)和昌吉州。主要與這些地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且水資源豐富，導(dǎo)致萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡較高，說(shuō)明水資源利用效率低。2012—2014年，大部分地州（市）萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐漸遞減趨勢(shì)。但是，塔城地區(qū)、阿克蘇地區(qū)和阿勒泰地區(qū)的萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐漸遞增趨勢(shì)。

新疆水資源全部處于生態(tài)赤字狀態(tài)，主要是由于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展下的人口和產(chǎn)業(yè)需水量激增，以及水污染、浪費(fèi)和利用率低導(dǎo)致的。生態(tài)赤字較大的地區(qū)阿勒泰地區(qū)，高達(dá)9.944 hm2·人－1，其次是阿克蘇地區(qū)、巴州，高達(dá) 5 hm2·人－1。

圖6 新疆15個(gè)地州（市）2012—2014年萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡Fig.6 Water Resources ecological footprint per 104 yuan GDP in 15 cities of Xinjiang from 2012 to 2014

3.4 新疆水資源生態(tài)赤字／盈余的預(yù)測(cè)

3.4.1 預(yù)測(cè)模型 通過(guò) GM（1，1）模型，對(duì)新疆2015—2025年間的水資源生態(tài)赤字／盈余情況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。通過(guò)公式計(jì)算求得：α＝－0.0052，μ＝－3.4044。將值代入公式中得到預(yù)測(cè)模型：

3.4.2 模型檢驗(yàn) 從表5中可以看出，新疆水資源生態(tài)赤字／盈余原始值與擬合值的誤差較小。通過(guò)殘差檢驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行精度檢驗(yàn)，根據(jù)殘差檢驗(yàn)的各項(xiàng)公式計(jì)算出90.61%，滿足精度要求。通過(guò)后驗(yàn)差檢驗(yàn)計(jì)算得到原始數(shù)據(jù)方差 S1為0.3566，殘差方差 S2為 0.6839，求得后驗(yàn)差比值 C為0.52，小誤差頻率 P為0.75，可以看出該模型有足夠的精度，可以作為預(yù)測(cè)模型。

表5 2005—2014年新疆水資源生態(tài)赤字／盈余原始值與擬合值對(duì)比Table 5 The comparison table between original value and fitting value ofwater resources ecological footprint per capita and ecological deficit／surplus in Xinjiang from 2005 to 2014

3.4.3 預(yù)測(cè)結(jié)果 預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，新疆2015—2025年十年間水資源仍然處于赤字狀態(tài)，2015年為－3.492 hm2·人－1，逐年減少至 －7.7679 hm2·人－1。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源持續(xù)開(kāi)發(fā)利用情況越來(lái)越不好，水資源生態(tài)足跡呈上升趨勢(shì)，水資源承載力呈下降趨勢(shì)，水資源生態(tài)赤字越來(lái)越嚴(yán)重。由于新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，工業(yè)發(fā)展不完善，水資源利用率低，農(nóng)業(yè)用水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，今后的形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，在利用中提高節(jié)水意識(shí)。

圖7 新疆2015－2025年水資源人均生態(tài)赤字／盈余預(yù)測(cè)Fig.7 Per capita ecological deficit／surplus in Xinjiang from 2015 to 2025

4 討論與結(jié)論

通過(guò)水資源生態(tài)足跡模型和生態(tài)承載力模型，計(jì)算得到新疆水資源生態(tài)足跡和水資源承載力，通過(guò)GM（1，1）模型預(yù)測(cè)，分析新疆水資源綜合利用的發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)果顯示：

1）2005—2014年新疆水資源生態(tài)足跡和承載力均呈上升趨勢(shì)；人均生態(tài)足跡和人均承載力呈上下波動(dòng)狀態(tài)。生產(chǎn)用水生態(tài)足跡在三個(gè)水資源賬戶中比例最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其它兩部分，占總水資源足跡的95.86%。

2）2005—2014年水資源呈生態(tài)赤字狀態(tài)。整體來(lái)看呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，從2005年的－7.83×107hm2下降至2013年的－9.06×107hm2，由于當(dāng)時(shí)人們不注意水資源合理利用，缺乏生態(tài)保護(hù)觀念，耗水量大，造成水資源浪費(fèi)，生態(tài)赤字嚴(yán)重，2015年又上升到－8.96×107hm2，由于科學(xué)技術(shù)水平的提高和人們節(jié)水意識(shí)增強(qiáng)，水資源利用與管理正在逐漸趨于合理。

3）新疆的水資源負(fù)載指數(shù)呈上升趨勢(shì)，表明水資源的利用程度逐漸加強(qiáng)，2005—2012年負(fù)載指數(shù)在2～5之間，表明新疆水資源利用程度中等；到了2013年以后新疆水資源開(kāi)發(fā)利用已具有相當(dāng)規(guī)模，水資源供給對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一定的保障，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)潛力較小，必須要采取一系列行之有效的節(jié)水、用水措施才能滿足新疆可持續(xù)發(fā)展的要求。

4）生態(tài)赤字預(yù)測(cè)結(jié)果為：新疆從2015—2025年十年間水資源仍然處于赤字狀態(tài)，生態(tài)赤字2015年為－3.492 hm2·人－1，逐年減少至 －7.7679 hm2·人－1。說(shuō)明今后的形勢(shì)仍較嚴(yán)峻。

綜上所述，新疆水資源利用情況一直處于不可持續(xù)狀態(tài)，所以做好水資源合理利用與開(kāi)發(fā)工作是未來(lái)新疆發(fā)展的重中之重。一方面優(yōu)化水資源配置，防止水質(zhì)污染，實(shí)行全面節(jié)水；另一方面增加水資源的重復(fù)利用率，完善相關(guān)的法律體系，建立合理的水資源管理制度。

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Calculation and prediction of water resource ecological footprint in Xinjiang

LEIYa-jun1，2，ZHANG Yong-fu1，2，ZHANG Min-hui1，2，LIANG Xue-mei1，2，SHAO Xin-juan1，2
（1.School of Resourcesɑnd Environment Science，Xinjiɑng University，Urumqi，Xinjiɑng 830046，Chinɑ；2.Key lɑborɑtory of Oɑsis Ecology，Ministry of Educɑtion，Xinjiɑng University，Urumqi，Xinjiɑng 830046，Chinɑ）

According to the basic principle and calculationmodel ofwater resources ecological footprint，the water resources load index is introduced to calculate the ecological footprint of water resources and the ecological carrying capacity ofwater resources in Xinjiang from 2005 to 2014，and the gray forecastingmodelGM（1，1）is used to predict the ecological deficit／surplus trends from 2015 to 2025.The results show that：① The ecological footprintofwater resources in Xinjiang is larger than the ecological capacity ofwater resources，and it is in ecological deficit，which decreases from－7.83×107hm2in 2005 to－9.06×107hm2in 2013，and the development rate ofwater resources is low；② The ecological footprint and carrying capacity ofwater resources in Xinjiang increased from 2005 to 2014，the per capita ecological footprint and the per capita carrying capacity fluctuated，and the ecological footprint of the production water was the largest among the threewater resourcesaccount，far exceeding the other two parts，accounted for95.86%of the total water footprint；③ The water resources load index showed an upward trend，indicating that the utilization of water resourceswas gradually strengthened.The load index was between 2～5 from 2004 to 2012，indicatedmoderate degree of utilization ofwater resources in Xinjiang；and the load index was between 5～10，the results show that Xinjiang’swater resources utilization is high and the development conditions are difficult；④ The distribution ofwater resources in Xinjiang is not uniform.The distribution ofwater resources in Southern Xinjiang，Northern Xinjiang and Eastern Xinjiang is quite different.Thewater footprint and ecological carrying capacity of Southern and Northern Xinjiang are greater than that of Eastern Xinjiang，and the Milion Yuan GDP water ecological footprint of Southern and Northern Xinjiang are less thanthat of Eastern Xinjiang；⑤ thewater resources ecological deficit from 2015 to 2025 had been predicted，it showed that Xinjiang’swater resources has been in the state of ecological deficit，which led to a decrease ofwater resources year by year.and the situation isworse which will be even severe in the future，so the use ofwater conservation awarenessmust be enhanced.

ecological footprint；load index ofwater resources；water resources ecological deficit；GM（1，1）model

TV213.9

A

1000-7601（2017）05-0142-09

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.05.21

2016-05-27

2016-07-12

雷亞君（1991—），女，新疆烏魯木齊人，碩士研究生，研究方向?yàn)閲?guó)土資源信息科技。E-mail：leiyajun1991＠sina.com。

張永福（1975—），男，新疆烏魯木齊人，碩士生導(dǎo)師，主要從事國(guó)土資源評(píng)價(jià)方向的研究。E-mail：2812164105＠qq.com。