陕西省水资源生态足迹及其可持续利用分析

1 研究背景

水资源生态足迹模型是描述水域生态系统服务的一种生态学统计方法[1]。该模型在理论框架下可以创建地表水、地下水两个二级账户，或者生产用水、生活用水、生态用水 3 个二级账户[2]。近些年来，越来越多的学者用该模型对不同地区或流域进行了有关水资源生态承载力、生态足迹和可持续利用分析、评价及预测。比如王文国[3]、郭晓娜[4]、张倩[5]等先后基于该模型，对重庆市水资源的生态承载力、生态足迹和可持续利用进行了分析、评价和预测；在贵州，吴全志等[6]、周子琴等[7]利用该模型对贵州省的水资源开发和利用状态及其演化进行了研究。也有学者从时空格局角度，分析了各省或市域(比如浙江省、四川省、成都市等)的水资源生态足迹[8-11]；同时，也有从流域尺度，对水资源生态承载力及生态足迹进行了评价[12-13]。除此之外，学者们还对模型进行了扩充，使模型更能反映社会用水对于当前水资源量的真实消耗情况，比如水生态足迹广度、深度的提出[14]，水域生态承载力新的算法等[15]。 因此，利用水资源生态足迹模型来分析水资源可持续利用情况，能够为区域或流域水资源规划和管理提供理论依据与指导。

人类社会经济的发展总是与水资源的开发利用息息相关，而当今气候变化和人类活动使不同地区的水资源可持续利用总是面临着不同程度的压力，特别是在我国近20 a来城市化发展的进程中，各地区对水资源的开发和利用程度每年都在增长，很多城市或省份的水资源生态出现了亏缺或水资源利用程度已经达到很高的状态[16-20]，甚至出现从外流域调水的需求[21-22]。陕西省位于我国中西部地区，该省的人口、资源和经济相对于经济发达地区并不突出，而且一直存在经济发展与水资源利用之间的矛盾[23-24]。为此，本文利用2000～2017年的陕西省水资源、人口和经济等方面的数据，深入分析了该省的水资源生态足迹及可持续利用情况，以便为今后社会经济的健康发展和水资源的开发和可持续利用提供参考。

2 研究区概况

陕西省(105°29′～111°15′E，31°42′～39°35′N)位于中国的西北地区，全省总面积为 20.56万 km2，以北山和秦岭为界，全省共下辖10个市，分为秦巴山地、关中平原和陕北高原三大地貌区。陕西省地处内陆中纬度地带，远离水汽源地的地理位置，属于大陆性季风气候区，但气候差异很大，由南向北依次跨越北亚热带、暖温带和温带。全省年平均气温为11.6 ℃，平均降水量为653 mm，主要集中于夏季的7～9月，冬季是枯水期，年均蒸发量为1 608 mm。以秦岭为界，分属于黄河、长江两大流域，拥有渭河、泾河和汉江较大河流，水资源总量为445 亿m3，时空分布严重不均，外流水系约占全省面积的 97.7%，而内流水系仅占全省总面积的2.3%，且主要分布在陕北高原风沙草滩区；林地、耕地、草地所占比例较大，生态环境较好。2016年，陕西省地方生产总值为19 399.59亿元，比2015年增长12.1%。

3 数据来源与研究方法

3.1 资料来源

本文收集整理了陕西省人口、GDP、耕地面积以及水资源等方面的数据。这些数据均来源于2000～2017年《陕西省统计年鉴》和《陕西省水资源公报》。

3.2 研究方法

3.2.1水资源生态足迹模型

水资源生态足迹即利用水资源用地面积来表示地区消耗水资源量的情况，以便于统计水资源利用的各子账户，其计算模型如下[2]：

式中：EFw为水资源生态足迹，hm2；γw为水资源的全球均衡因子，γw=5.19；W为利用的水资源量，m3；pw为水资源全球平均生产能力，m3/hm2，其值为31.4×104m3/km2[2]。

3.2.2水资源生态承载力模型

水资源承载力是维持地区水资源开发利用的最大供给量，其模型的构建是基于水资源生态足迹[2，25]：

式中：ECw为水资源承载力，hm2；γw为全球均衡因子；ψ为区域水资源的产量因子；Q为研究区水资源总量，m3；pw为水资源全球平均生产能力，m3/hm2；ψ为水资源产量因子，是区域水资源平均生产能力与世界水资源平均生产能力的比值。计算公式为

式中：V为区域单位面积产水量；Vg为全国单位面积产水量，其值为2.94×105m3/km[2]。

3.2.3水资源可持续利用评价指标

采用水资源生态盈亏、万元GDP水资源生态足迹和水资源负载指数3种指标进行水资源可持续利用评价。评价的具体内容如下。

(1) 水资源生态盈亏。基于水资源生态足迹及其生态承载力获得水资源生态的盈亏情况，进而衡量地区水资源可持续利用的程度[20-21]，其计算模型为

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