山西省水资源生态承载力研究论文设计

PAGEI摘要在山西省水资源短缺的背景下，基于生态足迹法，对2009年至2018年的山西省水资源生态足迹以及生态承载力进行计算，具体分析了山西省各类水源的供水量，各类用水方式的人均生态足迹，各市的人均生态足迹、人均生态承载力和生态赤字，并将万元GDP水资源生态足迹和水资源负载指数两大指数加以补充分析。分析结果表明：（1）在2009年至2018年这10年里，山西省的供水总量在前三年中表现为逐年上升趋势，在后四年中较为稳定，没有因常住人口的上升而增加；山西省供水方式则由以地下水源为主的模式逐渐过渡为以地表水源为主的模式；（2）2009年至2018年山西省的水资源生态足迹趋势呈倒W趋势，在前八年呈缓慢上升趋势，近两年来呈缓慢下降趋势，且数值都较低，平均值约0.328hm2/人，说明山西省的水资源需求量和水资源开发程度都有所下降；（3）2009年至2018年山西省的人均生态承载力的年际波动比较大，但总体上呈上升趋势；2009年至2018年山西省人均生态赤字年际波动较大，大体呈现倒W型，但近年来有上升趋势。因此，为了提高山西省的水资源生态承载力，提出了具体措施，即扩建地表水调蓄工程，利用雨洪期多余的地表水；适当增加污水处理回用以及矿坑水利用等其他水源方式的供水量，来缓解地下水的开采量；采取节约高效利用水资源的措施，在此基础上，推进大水网骨干工程收官和黄河古贤水利枢纽工程建设，加快小水网建设，以此借助外流域的水资源发展自身的民生和经济。关键词：水资源；生态承载力；生态足迹法

AbstractUnderthebackgroundoftheshortageofwaterresourcesinShanxiProvince,basedontheecologicalfootprintmethod,waterresourcesforthecomputationoftheecologicalfootprintandecologicalcarryingcapacityinShanxiProvincefrom2009to2018areanalyzedindetail.ThispaperanalyzesthewatersupplyofallkindsofwatersourcesinShanxiProvince,thepercapitaecologicalfootprintofallkindsofwaterusemethods,thepercapitaecologicalfootprintofeachcity,theperecologicalcarryingcapacityandtheecologicaldeficitofeachcity,andmakesasupplementaryanalysisoftheecologicalfootprintofwaterresourcesoftenthousandyuanGDPandtheloadindexofwaterresources.Theanalysisresultsshowthat:(1)inthe10yearsfrom2009to2018,thetotalwatersupplyofShanxiProvinceshowedanincreasingtrendyearbyyearinthefirstthreeyears,andwasrelativelystableinthelastfouryears.ThemodeofwatersupplyinShanxiProvincehasgraduallychangedfromundergroundwatersourcetosurfacewatersource.(2)from2009to2018,theecologicalfootprintofwaterresourcesinShanxiProvinceshowsaninvertedWtrend,whichslowlyincreasesinthefirsteightyearsandslowlydecreasesinthelasttwoyears.Thevaluesareallrelativelylow,withanaveragevalueofabout0.328hm2/person,indicatingthatthedemandforwaterresourcesandthedevelopmentdegreeofwaterresourcesinShanxiProvincehavedeclined.(3)from2009to2018,theannualperecologicalcarryingcapacityofShanxiProvincefluctuatesgreatly,buttheoveralltrendisontherise;From2009to2018,thepercapitaecologicaldeficitofShanxiProvincefluctuatesgreatlyfromyeartoyear,generallyshowinganinvertedWpattern,butithasbeenontheriseinrecentyears.Therefore,inordertoimprovetheecologicalcarryingcapacityofwaterresourcesinShanxiProvince,specificmeasuresareputforward,thatis,toexpandthesurfacewaterstorageandstorageprojectandmakeuseoftheexcesssurfacewaterduringthestorm-floodperiod.Theamountofwatersuppliedbyotherwatersourcessuchassewagetreatmentandreuseandminewaterutilizationshouldbeappropriatelyincreasedtoalleviatetheamountofgroundwaterexploitation;Onthebasisofthemeasuresofeconomizingandusingwaterresourcesefficiently,weshouldpromotethecompletionofthemajorwaternetworkprojectandtheconstructionoftheguxianwaterconservancyprojectintheYellowRiver,andacceleratetheconstructionofthesmallwaternetwork,soastodeveloppeople'slivelihoodandeconomywiththehelpofwaterresourcesinotherriverbasins.Keywords:Waterresource;ecologicalcarryingcapacity;ecologicalfootprint目录TOC\o"1-2"\h\u5738第1章导论 1270891.1选题背景与意义 1233801.2国内外文献综述 1271571.3论文的结构及主要内容 4247371.4论文的研究方法 428291第2章山西省自然地理及水资源概况 588252.1山西省自然地理概况 559422.2山西省气候及降水量概况 5191592.3山西省水文概况 528507第3章相关理论概念及模型方法 694183.1生态足迹 6143283.2水资源生态足迹法 620141第4章基于生态足迹法的山西省水资源承载能力计算分析 965934.1山西省各类水源的供水量情况 9192294.2山西省各用水方式人均水资源生态足迹 9324294.3山西省各市的人均生态足迹与人均生态承载力变化分析 10201614.4山西省各市的人均水资源生态赤字 1264484.5山西省的万元GDP水资源生态足迹 13228044.6山西省的水资源负载指数 143649第五章结论与讨论 1622749参考文献 198342附录 2324816致谢 27PAGE5PAGE6第1章导论选题背景与意义水资源是人类生存与发展的基本要素之一，是人类进行一切经济活动的必要资源。人类开发利用水资源，其目的是满足生活需要，促进经济发展以及改善自然环境。然而这种开发利用行为同时也会使水资源的数量、质量及其时空分布发生变迁，即打破原有的水资源与其他自然要素之间的相对平衡状态，虽然这可能会促进人类的生产和生活，但更多时候会带来新的未知困难[1]。我国的人均水资源量仅占世界人均水量的五分之一，且我国被联合国列入13个贫水国之一，可见我国正在面临的水资源危机问题。在我国人口不断增长且水资源总量有限的情况下，中国水资源时空分布不均，呈南多北少的形势，从而促成北方地区水资源短缺的现状。为了解决这种现状，我国用兴建水库等水利设施和实施南水北调政策来改善北方缺水情况，同时地方政府对地下水进行开发来补充本地用水。虽然这些措施在一定程度上缓解了水资源短缺情况，但水利设施和调水政策也改变了当地的气候情况和水文情况，加大当地政府应对气候变化的难度；对地下水的不合理开发使得地下水位逐年降低，还形成了较大范围的地下水降落漏斗区，加之我国的保护力度欠缺造成的区域或流域水资源污染（甚至影响到地下水的水质安全问题），引发地下水水量和水质的危机，以及易发生漏斗区塌陷问题。山西省的人均水资源占有量情况不容乐观。2017年，山西省人均水资源量为352.65m3/人，在31个省级行政区排行倒数第七，仅约占全国人均水资源量（2074.53m3/人）的17%，即未达到五分之一的全国人均水资源量，在联合国水资源安全标准中属于极度缺水状态。另一方面，山西省是典型的煤炭开采大省和能源重化工基地，大量的煤炭开采破坏了隔水层，地下水容易疏干，加之地下水开采程度加大，形成和扩大了五大地下水降落漏斗：大同市城郊地下水漏斗区、太原市城区地下水漏斗区、介休市宋胋地下水漏斗区、尧都区地下水漏斗区和运城市地下水漏斗区。因此非常有必要对山西省水资源生态承载力展开研究。本文基于生态足迹法对山西的水资源生态承载力的状况进行评价，探讨在山西省水资源有限的情况下，在供水量上如何进行地表水源、地下水源和其他水源之间的配置，为水资源的合理利用和配置提供一定的建议。国内外文献综述国内文献综述承载力原本是力学领域的一个物理量，指的是一个物体所能承受的最大载荷而不受任何损伤。1921年，Park与Burgess首次将承载力概念引入生态学，研究的是畜牧业的种群数量，其定义承载力为：“在不损害牧场的条件下，牧场所能饲养的最大牲畜数量[2]”。1922年，Hawden和Palmer也给予承载力类似定义：“在不会损害草场的条件下，草场上可以支持的牲畜的最大数量”[3]。1953年，Odum提出承载力的定义：“在一定环境下，单个种群数量的上限，即某种群数量的最大安全阈值”，将其纳入全世界第一本生态学教材，从此成为生态学研究的重要内容[4]。20世纪70年代以来，人口、经济、资源和环境问题在全球问题中的地位越来越突出，便出现了人口承载力、资源承载力、环境承载力、土地承载力、水资源承载力等方面的研究。1985年，联合国教科文组织(UNESCO)和世界粮农组织(FAO)提出了“资源承载力”的概念：“一国或一地区的资源承载力是指在可以预见的时期内，利用该地区的能源及其它自然资源和智力、技术等条件，在保证符合其社会文化准则的物质生活水平条件下能维持供养的人口数量[5]。”1990年，加拿大生态经济学家Rees提出“生态足迹”理论，这是承载力研究从单一要素转向多要素乃至整个生态系统的标志[6]。国外，关于水资源承载力的单一研究成果相对较少，一般都包含在资源承载力、区域可持续发展理论研究中，重点研究水资源管理的经济手段和政策措施。进入21世纪以来，水资源安全问题更是引起了国际社会的广泛关注。美国URS公司在研究佛罗里达keys群岛的承载能力时，将承载力定义为在不破坏自然和人造资源为前提，该地区所能发展的最大承载能力，还采用了一个包含水、基础设施、经济、财政等分析要素的承载力分析模型，并用此模型对该流域的生态系统和社会经济进行了模拟和评价，最终确定了各分析要素所能承受人类活动的最大能力[7]；Harris将农业方面作为水资源研究的侧重点，并将农业用水的承载力纳入地域发展能力的评判指标，认为当代农业增长的模式属于对数增长，且受到水资源可利用量的影响，这关系着农业能否可持续发展[8]；Rijiberman的研究则针对城市水资源结构和管理，他认为要从社会、经济、生态、资源承载力四个方向来评估城市水资源系统，并选取承载力来衡量该系统的可持续能力，从而得出要建立基础设施来保障水资源承载力的结论[9]；Shelby等以伊利诺伊斯河为例，认为河流承载力由生态承载力、物理承载力、社会承载力组成，其中人类活动强度将制约生态承载力，物理承载力则取决于水资源的可利用量，社会承载力则由经验参数决定[10]。国外文献综述国内关于生态承载力的研究始于20世纪90年代，不同学者对生态承载力的概念有不同看法。高吉喜认为：“生态承载力指生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境子系统的供容能力及其可以维育的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量[11]。”王家骥等认为：“生态承载力是自然体系调节能力的客观反映，但自然体系的维持和调节能力是有一定限度的,即最大容载量；若超过最大容载量,自然体系将失去维持平衡的能力,并且会有自然体系降级现象[12]。”王中根和夏军认为：“区域生态环境承载力是指在某一时期某种环境状态下，某区域生态环境对人类社会经济活动的支持能力，它是生态环境系统物质组成和结构的综合反映[13]。”资源承载力是生态承载力延伸出来的一个分支，而水资源承载力是从属于资源承载力之下的研究方向。在概念研究上，水资源承载力还没有统一的定义。施雅风和曲耀光解释为：“水资源承载能力是指某一地区的水资源，在一定社会历史和科学技术发展阶段，在不破坏社会和生态系统时，最大可承载（容纳）的农业、工业、城市规模和人口的能力，是一个随着社会、经济、科学技术发展而变化的综合目标[14]。”阮本青和沈晋解释为：“在未来不同的时间尺度上,一定生产条件下，在保证正常的社会文化准则的物质生活水平下，一定区域（自身水资源量）用直接或间接方式表现的资源所能持续供养的人口数量[15]。”许有鹏解释为：“水资源承载能力一般是指在一定的技术经济水平和社会生产条件下，水资源可最大供给工农业生产、人民生活和生态环境保护等用水的能力，也即水资源最大开发容量，在这个容量下水资源可以自然循环和更新，并不断地被人们利用，造福于人类，同时不会造成环境的恶化[16]。”关于水资源承载力的研究，西北干旱地区是研究成果较为多的地区，其中新疆是第一个提出水资源承载力概念的地区。新疆水资源软科学课题组率先进行了新疆水资源承载力研究，开创了水资源承载力区域研究的先河[17]。随后国内的研究主要以水量角度为基础，结合社会、经济因素的相关指标进行水资源承载力研究，还有部分研究以水质角度为基础的。近年来，有少数研究基于水量—水质角度[27-28]或是水量—水质—水域—水流角度[38]展开研究的。在水资源承载力的研究方法上，国内研究主要有主成分分析法[18-21]、模糊评价方法[17][22-24]、层次分析法[25-28]、系统动力学模型[29-32]、生态足迹法[33-37]等等方法。本文使用的是生态足迹法。生态足迹的概念是1992年由加拿大著名生态学家WilliamE．Rees教授和他的博士生MathisWackemagel提出的[6]。1996年，MathisWackemagel等人进一步完善了生态足迹的方法和模型。国内也有学者对该模型进行改进的，2008年，黄林楠等针对水资源承载力对生态足迹的方法和模型进行改进，具体是在原有的模型理论框架下设立新的水资源帐户，建立了水资源生态足迹和生态承载力的计算模型，确定了计算所需的全球平均水资源产量、全球均衡因子和地区产量因子等三大关键因素[33]。本文的研究就是在黄林楠研究成果的基础上进行的。生态足迹法为衡量水资源的可持续发展程度提供了一个“公平的指标”，它可以在时空维度上客观地衡量和比较其发展程度，使人们清楚地知道现实与可持续发展目标的距离有多远，从而有助于监控可持续发展项目的实施效果。此外，生态足迹计算具有很强的可复制性，可以研究区域[35]、流域[36-37]、城市[34]等空间范围的水资源承载力，因此被普遍采用。2009年，陈栋为等引入生态足迹法对珠海市的水资源生态承载力进行生态盈亏和敏感性评价，得出珠海市水资源系统存在37%的生态赤字（即超载现象），在城市化进程中流动人口增长对其水资源系统压力较大的结论[34]。2011年，王文国等用生态足迹法对2001-2009年间四川省水资源承载力进行评估，得出水资源利用率在逐步提高，干旱灾害对水资源生态承载力影响较大，四川省仍存在一定的生态盈余，水资源可持续开发利用情况较好的结论[35]。2012年，张军等利用生态足迹法研究了疏勒河流域，得出该流域水资源承载力、总生态足迹、生态赤字从2003年到2007年都呈上升趋势，且水资源开发潜力不大的结论[36]。2016年，贾焰等利用生态足迹法对石羊河流域进行评估，得出2001-2011年该流域水资源承载力呈波动下降趋势，水资源生态足迹呈先增后减再增趋势，生态赤字呈先增后降趋势的结论[37]。文献评述纵观国内在水资源承载力的研究，主要从概念、评价方法、变化特征、影响因子、评估、预测、监测预警等方面展开，但还未形成一个系统、完整的评价体系，尤其在概念、评价方法方面还未达成统一的看法；在空间上，北方地区的研究多于南方地区，主要集中在东北、华北和西北地区，相较之下，中部地区尤其是山西省的研究较少，故本研究选择山西省作为研究区域，利用生态足迹法研究山西省水资源生态承载力的状况，采用最新数据对山西省各类用水的水资源生态足迹和生态承载力做出评估，结合山西省的水资源分布情况和利用情况分析得出影响因子，为山西省水资源合理高效利用提供一定的建议和对策，为山西省可持续发展提供一定的理论依据。论文的结构及主要内容全文主要内容由导论、山西省自然地理及水资源概况、相关理论概念及模型方法、基于生态足迹法的山西省水资源承载力计算分析和结论与讨论五个部分组成。导论的内容包括选题背景与意义、国内外综述和文献评述；山西省自然地理及水资源概况部分主要介绍山西省的自然地理概况、气候及降水量概况和水文概况；相关理论概念及模型方法部分主要介绍生态足迹概念和水资源生态足迹模型（计算公式）；第四部分是论文的核心内容，先是分析了山西省各类水源的供水量情况，指出山西省以地表水源为主要供水来源的特点；接着分析了山西省各类用水方式的人均水资源生态足迹，指出山西省各类用水方式的逐年变化趋势；在此基础上，从地级市的角度出发，分析山西省各市的人均水资源生态足迹、生态承载力和生态赤字的特点，得出产生最低值与最高值的影响因素；紧接着分析山西省万元GDP水资源生态足迹以及山西省水资源负载指数，为最终分析山西省水资源生态承载力加以补充。最后的结论与讨论部分是针对第四部分的计算结果得出的三条结论，并针对山西省缺水的具体情况，为提高山西省的水资源生态承载力，提出相应的措施。论文的研究方法1、文献研究法。本文通过查阅文献了解国内外的水资源生态承载力的研究状况，并在此基础上，通过找寻年鉴和相关公报来获取本文所需的数据，以此为本文基于生态足迹法的水资源生态承载力研究奠定基础。2、生态足迹法。生态足迹法是计算水资源的生态足迹与生态承载力，然后将两者进行计算分析，得出水资源生态盈余或生态赤字、水资源负载指数以及万元GDP水资源生态足迹的方法。第2章山西省自然地理及水资源概况2.1山西省自然地理概况山西省位于我国西北地区黄土高原的东翼，其地理坐标为北纬34°34′—40°43′，东经110°14′—114°33′，总面积为156271km2，约占全国总面积的1.63％。境内地势呈东北高西南低，海拔多在1500m以上，可分为东部山地区、西部高原区和中部盆地区，占全省面积比重分别为72.0%、11.5%和16.5%。东部山地区以太行山为主干，由太行山、恒山、五台山等山系，晋东南高原和众多山间小盆地组成。西部高原区是以吕梁山脉为主脉，由芦芽山、云中山等山系和晋西黄土高原组成。中部盆地区的走向是自东北向西南，它由大同、太原、运城等一系列地垫断陷盆地平行排列而成，其高度自北向南梯形下降。这些盆地广泛分布着黄土冲积物，那是天然的肥沃土壤，且盆地中部地区地势平坦、开阔，这是农业发展的两大重要自然条件；当地地下资源丰富（如煤炭等），是工业高速发展的优势条件；这样的天然条件使得当地工农业发达、经济繁荣、人口集中。2.2山西省气候及降水量概况山西省属于典型的大陆季风气候,同时也属于中国东部季风气候区，因为它远离海洋,有太行山作为屏障，阻挡了部分太平洋和印度洋的水汽，但也仍有水汽过山而来。春季干噪多风，水分易蒸发；夏季受东南季风影响，7、8、9三个月份是降水的集中期；冬季受极地强干冷气团影响，干燥寒冷，雨雪稀少。全省跨越暖温带和温带，且地形多变，海拔不同，所以南北气候特征也不同。省内水热条件较好、热量资源丰富，但灾害性天气时有发生，其中旱灾是发生频率最高、危害最大的自然灾害，“十年九旱、旱涝交错”是山西省气候的主要特点。山西省跨越了半湿润区和半干旱区，降水量自东南向西北递减。中部盆地区雨季较短，多年平均年降水量介于350—600mm之间；而高山地区雨季相对较长，降水量在650mm以上。受夏季风的影响，省内降水量集中于6—9月，占全年降水量的70%，其中7—8月尤为集中，所占比重高达40%。2.3山西省水文概况山西省境内的大小河流共有1000多条，集水面积大于100km2的河流有240多条，其中黄河水系的占全省面积的62%，有汾河等142条主要河流；海河水系的占了38%，有桑干河等81条。除北部有少数支流流入山西省外，其它河流均属于自产外流型。省内大部分的河流夏季汛期水量大，枯水期水量小且不稳定，但常年水流湍急，且含沙量大。有部分河流地处碳酸盐地层的，会有特有的储水构造和岩溶水补给，这种补给使得河流基流量大且稳定。总体而言，山西省的河川径流量为114亿m3，而扣除地表水与地下水之间的重复计算量，其多年平均水资源量为142亿m3，而山西省人均水资源仅为352.65m3/人，可见水资源紧缺的严峻形势持续存在。第3章相关理论概念及模型方法3.1生态足迹生态足迹是1992年由WilliamE．Rees教授和他的博士生MathisWackemagel提出的[6]。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，是计量人类对生态系统需求的指标，计量的内容包括人类拥有的、耗用的自然资源，以及资源分布情况。它显示了在现存条件下，给定的人口单位内(一个人、一个城市、一个国家或全人类)需要多少具有生物生产力的土地和水域，来生产所需的资源和吸收所产生的废物。该方法通过维持人类的自然资源消费量和人类产生的废弃物所需要的生态生产性空间面积大小，并与给定人口区域的生态承载力进行比较，来衡量区域的可持续发展状况。3.2水资源生态足迹法3.2.1水资源生态足迹模型水资源生态足迹计算公式如下：（式3-1）EF——水资源总生态足迹（hm2）；N——人口数（人）；——人均水资源生态足迹（hm2/人）；——水资源的全球均衡因子；Ｗ——消耗的水资源量（m3）；p——水资源全球平均生产能力（m3/hm2）本文采用基于WWF2000年核算的均衡因子计算出的水资源的全球均衡因子为5.19。而水资源全球平均生产能力，又称为全球多年平均产水模数，其值为3140m3/hm2。3.2.2水资源承载力模型相关研究成果显示[33]，关于水资源承载力的计算需要扣除60%作为维持大自然的生态和生物多样性的水资源量，剩下的40%才是可以被人类开发利用的，否则就会引发当地生态系统的恶化。水资源承载力计算公式如下：（式3-2）EC——水资源承载力（hm2）；Ｎ——人口数；ec——人均水资源承载力（hm2/人）；——区域水资源的产量因子；——水资源的全球均衡因子；Q——研究区水资源总量（m3）；p——水资源全球平均生产能力（m3/hm2）区域水资源的产量因子的计算公式如下：，其中3.2.3水资源生态赤字（生态盈余）模型将一个地区或国家的的水资源生态承载力减去其水资源消耗产生的生态足迹，就会得出水资源生态盈余或生态赤字。由此可得出此式：（式3-3）式中，当ED>0时，为水资源生态盈余，表明该区域水资源供给能够满足当地生产、生活和生态用水需求，处于可持续发展状态，且该区域水资源有一定开发利用空间；当ED=0时，为水资源生态平衡，说明该区域用水安全处于临界状态，一旦用水需求加大，就可能出现用水危机；当ED<0时，为水资源生态赤字，表明水资源生态足迹大于承载力，说明当地水资源匮乏，水资源总量不能满足当地生产、生活和生态用水的需求，处于不可持续发展状态，急需采取相关措施来缓解水资源危机。进一步对人均的生态赤字进行等级划分，如下表3-1：表3-1生态赤字等级划分生态赤字的结果范围等级ED<-2.0严重-2.0≤ED<-1.0较严重-1.0≤ED<-0.5中度-0.5≤ED<-0.1轻度注：引自《中国生态足迹报告》3.2.4万元GDP水资源生态足迹为了衡量水资源的利用效率，用单位万元国内生产总值（GDP）所需的水生态足迹来表示，比值越小，表示水资源的利用效率越高，其计算式为：（式3-4）3.2.5水资源负载指数水资源负载指数是关于人口、GDP、降水以及水资源总量的一个复合型指标，用指数的形式来测度水资源开发利用程度的等级，从而反映区域水资源利用程度。该指数可以分为5个等级（见表3-2），水资源负载指数值越大，表示区域水资源利用程度越高，开发利用潜力较小。其计算式为：（式3-5）式中，C为水资源负载指数；P为人口数（万人）；G为国内生产总值（亿元）；W为水资源总量（亿m3）；k为与降水有关的系数，其取值如下公式：式中，k为与降水有关的系数；R为年降水量（mm）表3-2水资源负载指数分级水资源负载指数级别水资源利用程度水资源开发条件＞10Ⅰ很高，潜力不大有条件时需要外流域调水5~10Ⅱ高，潜力不大困难2~5Ⅲ中等，潜力较大中等1~2Ⅳ较低，潜力大较容易＜1Ⅴ低，潜力很大容易第4章基于生态足迹法的山西省水资源承载能力计算分析4.1山西省各类水源的供水量情况要了解山西省各类水源的供水量情况才能从源头上得知山西省是如何从地表水源、地下水源和其他水源等三大类水源中分配供水量的，其计算结果如表4-1所示。表4-12009—2018年山西省各类水源的供水量情况单位：亿m3年份地表水源地下水源其他水源总水量水量所占比例水量所占比例水量所占比例200923.099538.28%32.773154.31%4.47267.41%60.3452201029.461743.87%35.414352.73%2.28653.40%67.1625201132.711244.09%38.576752.00%2.89663.90%74.1845201231.837743.38%36.408849.61%5.14197.01%73.3884201333.581544.87%36.295548.49%4.97096.64%74.8479201432.765945.91%34.794048.75%3.81485.34%71.3748201537.055950.36%33.247045.18%3.28534.46%73.5882201639.510252.31%31.663641.92%4.35195.76%75.5257201739.571652.84%31.082941.50%4.24095.66%74.8954201839.793253.56%30.032040.42%4.47506.02%74.3002注：其他水源包括污水处理回用以及矿坑水利用。从总水量来看，2009年至2018年山西省的总供水量有所上升，且较为平稳，没有因逐年上升的人口数而增加过多的用水量（人口数的具体数值见附录一）。从各类水源的水量来看，在2009年至2018年，山西省地表水源的供水量逐年上升，地下水源的供水量在前四年逐年上升，在后六年逐年缓降，而其他水源的供水量波动较大，近年来波动有所缩小。从各类水源的所占比例来看，2009年至2014年山西省的供水量都是以地下水源为主，地表水源为辅，其他水源加以补充的模式来进行，这样的模式大大消耗了山西省的地下水资源，促使使地下水的水位下降，可能因此扩大了境内的五大地下水降落漏斗的埋深深度；而在2015年至2018年，山西省逐渐过渡为以地表水源为主，地下水源为辅，其他水源加以补充的模式，如此缓解了地下水资源的消耗危机，但仍需进一步减少地下水的消耗比例，为地下水的水位恢复争取时间。4.2山西省各用水方式人均水资源生态足迹在分析了山西省供水量特点的基础上，接着分析山西省的用水量情况。该情况可分为农业用水、工业用水、城镇公共用水、居民生活用水和生态环境用水五大用水方式，其中农业用水可具体分为农田灌溉用水和林牧渔畜用水两种。根据式3-1，得出表4-2的山西省2009年至2018年各类用水方式的人均水资源生态足迹。总的来说，山西省的水资源生态足迹趋势呈倒W趋势，在前八年呈缓慢上升趋势，近年来呈缓慢下降趋势，说明山西省近年来水资源开发程度有所下降。其中各类用水方式的人均生态足迹如下图4-1所示。具体来说，在2009年至2018年这10年间，山西省的农业用水量所占的比重最大，平均下来所占比重达59.33%。在农业用水量中，农田灌溉用水为其主导因素，平均占比为92.74%；林牧渔畜用水为次要因素。对比总人均生态足迹近年来的下降趋势，农业用水的生态足迹呈缓慢上升趋势，从2009年的0.168hm2/人上升至2018年的0.193hm2/人，上升了14.88%；与此同时，农田灌溉用水的生态足迹基本上与农业用水的趋势一致，从2009年的0.153hm2/人上升至2018年的0.181hm2/人，上升了18.30%；林牧渔畜用水呈下降趋势，但所占比例小，总体上显现不出。山西省的工业用水量的趋势明显分为两个阶段，前五年呈上升趋势，后五年呈下降趋势。生态环境用水的趋势为先上升后波动上升。居民生活用水呈缓慢上升趋势，这与逐年上升的人口数趋势相吻合。而九年来，城镇公共用水量波动不大。表4-22009—2018年山西省各类用水方式的人均水资源生态足迹单位：hm2/人项目2009201020112012201320142015201620172018农业用水0.1680.1810.2060.1960.1980.1880.2040.2100.2030.193农田灌溉用水0.1530.1670.1750.1830.1860.1770.1930.1990.1920.181林牧渔畜用水0.0150.0140.0310.0130.0120.0110.0110.0110.0110.012工业用水0.0510.0610.0660.0710.0720.0640.0620.0580.0600.062城镇公共用水0.0090.0100.0120.0120.0120.0110.0100.0100.0100.011居民生活用水0.0350.0360.0410.0420.0440.0440.0450.0470.0470.049生态环境用水0.0060.0130.0160.0150.0160.0160.0110.0150.0130.016人均生态足迹0.2910.3110.3410.3360.3410.3230.3320.3390.3340.330图4-12009—2018年各类用水方式的人均水资源生态足迹趋势4.3山西省各市的人均生态足迹与人均生态承载力变化分析在了解全省的供水量和用水量的大体情况的基础上，根据各市的总用水量情况和水资源总量，来分别计算出各市的人均生态足迹和人均生态承载力。根据式3-1计算出2009年至2018年的山西省各市的人均水资源生态足迹，其具体数据见附录二，其条形图见图4-2。总体而言，山西省的人均水资源生态足迹在经历过一段时间的上升后，在近年来有所下降，但下降的程度较小，说明山西省的水资源开发程度有所控制，但效果并不明显。具体而言，将11个行政区的人均水资源生态足迹变化趋势进行分类，可分为3类：（1）上升型。包括了忻州市、吕梁市、临汾市和运城市。其中吕梁市和临汾市上升程度较小，以2009年为准，分别上升了15.84%和19.20%；运城市和忻州市上升程度较大，以2009年为准，分别上升了37.87%和42.62%。（2）下降型。包括了太原市和晋中市。太原市以2009年为准，下降了28.61%；晋中市的则下降了8.23%。（3）倒V型，即先上升后下降型。包括大同市、阳泉市、长治市、晋城市和朔州市。2009年至2018年山西省人均水资源生态足迹的年均值为0.328hm2/人。其中高于全省人均水资源生态足迹的年均值有3个，由大到小依次是：运城市0.464hm2/人、朔州市0.456hm2/人、晋中市0.366hm2/人；低于年均值的有8个，由大到小依次是：忻州市0.327hm2/人、太原市0.309hm2/人、晋城市0.309hm2/人、大同市0.296hm2/人、临汾市0.280hm2/人、长治市0.268hm2/人、吕梁市0.249hm2/人、阳泉市0.237hm2/人。人均水资源生态足迹年均值最高的运城市和最低的阳泉市相差1.96倍，这可能与地理位置、经济发展、用水量有一定关系，运城作为社会经济发展快且用水量大的盆地地区，加之其降水量较高，故年均值高于位于山地区域且经济方面略逊色的阳泉市。图4-22009—2018年山西省各行政区人均水资源生态足迹根据式3-2计算出2009年至2018年的山西省各市的人均水资源生态承载力，计算中的具体相关数据见附录三，其条形图见图4-3。总体而言，山西省的人均生态承载力的年际波动比较大，但总体上呈上升趋势，最大值出现在2016年，其值为0.066hm2/人；最小值出现在2009年，其值为0.029hm2/人；两者相差0.037hm2/人。具体而言，将11个行政区的人均水资源生态承载力变化趋势进行分类，可分为3类：（1）上升型，包括朔州市、忻州市和吕梁市。（2）平稳型，包括太原市、大同市；（3）波动型，包括阳泉市、长治市、晋城市、晋中市、临汾市和运城市。2009年至2018年山西省人均水资源生态承载力的年均值为0.048hm2/人。其中高于全省人均水资源生态承载力的年均值有6个，由大到小依次是：晋城市0.139hm2/人、忻州市0.079hm2/人、晋中市0.068hm2/人、长治市0.064hm2/人、运城市0.058hm2/人、吕梁市0.049hm2/人；低于年均值的有5个，由大到小依次是：阳泉市0.047hm2/人、朔州市0.037hm2/人、临汾市0.028hm2/人、大同市0.024hm2/人、太原市0.018hm2/人。人均水资源生态承载力年均值最高的晋城市和最低的太原市相差7.67倍，这可能与当地的水文条件、人口状况有关，晋城市的水资源总量年均值是太原市的2.36倍，人口数的年均值是太原市的54.49%，故人均的水资源生态承载力与太原市相差较大。图4-32009—2018年山西省各行政区人均水资源生态承载力4.4山西省各市的人均水资源生态赤字在已知山西省各市的人均生态足迹和人均生态承载力的基础上，根据式3-3计算出2009年至2018年山西省各市的人均水资源生态赤字，来评估当地的水资源利用情况，其具体数据见附录四，原数值为负数，为了表示方便，下文以及图都是取其绝对值。总体而言，山西省人均生态赤字年际波动较大，大体呈现倒W型，但近年来有上升趋势，这些年的数值都属于轻度的生态赤字。其中最小值出现在2009年，为0.262hm2/人；最大值出现在2015年，为0.299hm2/人；两者相差0.037hm2/人；年均水资源生态赤字为0.280hm2/人。2009年至2018年山西省各行政区的年均水资源生态赤字见图4-4，各行政区的年均值都属于轻度的生态赤字。超出省年均值的有4个，依次为：朔州市0.419hm2/人、运城市0.407hm2/人、晋中市0.298hm2/人、太原市0.291hm2/人；低于省年均值的有7个，依次为：大同市0.272hm2/人、临汾市0.252hm2/人、忻州市0.249hm2/人、长治市0.204hm2/人、吕梁市0.196hm2/人、阳泉市0.190hm2/人、晋城市0.170hm2/人。处于最大值的朔州市和处于最小值的晋城市，两者相差2.45倍。究其原因，这可能与水资源总量、用水量和常驻人口有关，晋城市的年均水资源总量是朔州市的2.46倍,年均用水量是朔州市的1.11倍，年均常驻人口是朔州市的1.33倍，故最终晋城市的数值与朔州市的数值相差之大。由此可见，人口密度大、用水量大的水资源匮乏地区，生态赤字的程度较大，水资源供给存在矛盾，不利于其水资源长期可持续发展；而水资源丰富、人口密度不大且用水量较小的地区，生态赤字程度会有所减缓，在一定程度上利于其水资源的利用和可持续发展。图4-42009—2018年山西省各行政区的年均水资源生态赤字4.5山西省的万元GDP水资源生态足迹在已知山西省的水资源生态足迹的基础上，根据式3-4计算得出2009年至2017年山西省的万元GDP水资源生态足迹，其具体数据见附录五，其变化趋势图见图4-5。由图4-5可知，2009年至2018年山西省的万元GDP水资源生态足迹整体上呈下降趋势，细分可分为两个阶段：第一个阶段是2009年至2014年的逐年下降阶段，以2009年为基数，下降率为31.68%；第二个阶段是2014年至2018年的先上升后下降趋势，以2014年为基数，下降率仅为13.46%。2014年至2016年为上升阶段的原因是2014年至2016年山西省的水资源生态足迹增加了5.82%，而GDP仅仅上升了1.41%（都以2014年为基数），故这两年山西省的万元水资源生态足迹有所上升，后2017年至2018年重新呈下降趋势，是因为水资源生态足迹有所下降，而GDP反而猛增。山西省的万元水资源生态足迹的下降表明山西省水资源利用效率有所上升，没有以水资源的过分消耗为代价来提升经济发展，同时这种变化也和政府的政策调配、居民的观念转变有关。图4-52009—2018年山西省万元GDP水资源生态足迹变化趋势4.6山西省的水资源负载指数在已知的山西省水资源总量、常住人口、GDP和年降水量的基础上，根据式3-5计算出与降水有关的系数和水资源负载指数，其具体数值见附录六，其变化趋势图见图4-6。根据图4-6可知，2009年至2018年的山西省水资源负载指数年际波动较大，但均大于10，级别即为Ⅰ，属于水资源利用程度很高，开发潜力不大，有条件需要外流域调水的情况。总体上，可以分为三个阶段，第一阶段为2009年至2015年的上升阶段，其中2013年至2015年的增长率最高，以2013年为基数，增长率为62.94%，究其原因，是因为2013年至2015年山西省的降水量逐年减少，使得与降水有关的系数逐年增加，而同期山西省的常住人口和年度GDP也呈上升趋势，且水资源总量也逐年下降，故山西省的水资源负载指数会急剧增长；第二阶段是2015年至2016年的下降阶段，虽然同期常住人口和年度GDP也呈上升趋势，但年降水量和水资源总量的逐年上升使得水资源负载指数趋向于下降趋势；第三阶段是2016年至2018年的上升阶段，以2016年为基数，增长率为34.73%，增长原因与第一阶段相似。总体而言，山西省的水资源可持续利用程度不高，应该根据现有的用水结构进行优化调整，并及时调取其他外来水源，从而保证水资源的优化配置，使得山西省的经济可持续发展。图4-62009—2018年的山西省水资源负载指数变化趋势第五章结论与讨论本文从山西省各类水源的供水量和各类用水方式的人均生态足迹出发，以省份的角度分析了山西省的供水量和耗水量特点；再从地级市角度出发，分析了各市的人均生态足迹、生态承载力和生态赤字情况；最后将山西省的万元GDP水资源生态足迹以及水资源负载指数加以补充分析。综合上述分析结果，得出以下三点结论：在2009年至2018年这10年里，山西省的供水总量在前三年中表现为逐年上升趋势，在后四年中较为稳定，没有因常住人口的上升而增加；而供水方式则由以地下水源为主，地表水源为辅，其他水源加以补充的模式逐渐过渡为以地表水源为主，地下水源为辅，其他水源加以补充的模式。这种模式的改变和年降水量的增加使得在2016年过渡完成后地下水资源总量比2015年增加了20.98%，但近3年来地下水资源总量并未因此继续增加，反而呈下降趋势。另一方面，若在松散沉积物地质中对深部地下水进行估量的开采，而导致水位骤降，则会形成降落漏斗。虽然降落漏斗的形成保证了定量的供水，并获得地表水体、降水入渗、灌溉入渗等方式的额外补给，但漏斗面积的扩大可能会引入新污染源；漏斗区中心的埋深增加会增加不良地质危害的发生频率；漏斗区水位下降会加大开采难度，从而增加开采成本，影响漏斗区的农业发展。如今山西省已有五大地下水降落漏斗区，其中四大地下水降落漏斗的漏斗面积在近10年已有所缩小，但运城市地下水漏斗区在2009年至2015年有所缩小后，反而在近3年缓慢扩大；在漏斗中心埋深方面，大同市城郊地下水漏斗区和介休市宋胋地下水漏斗区在近3年有所增加；在漏斗中心水位方面，四大地下水降落漏斗区在近10年有所回升，但运城市地下水漏斗区则由2009年的330m降至2018年的258.25m，下降率为21.75%。由此看来，山西省今后的供水模式应继续保持以地表水源为主，地下水源为辅，其他水源加以补充的模式，在此基础上，在资金充足和破坏环境程度小的条件下扩建地表水调蓄工程，利用雨洪期多余的地表水；对地下水的开采量进行严格控制，生活污水达标排放，来减少地下水水质的污染；适当增加污水处理回用以及矿坑水利用等其他水源方式的供水量，来缓解地下水的开采量；在条件合适的时候可以在降落漏斗区注入经过处理的地表水来补充水量，减少地面下陷的现象发生。2009年至2018年山西省的水资源生态足迹趋势呈倒W趋势，在前八年呈缓慢上升趋势，近两年来呈缓慢下降趋势，且数值都较低，平均值约0.328hm2/人，说明山西省的水资源需求量和水资源开发程度都有所下降。这十年来，山西省坚持“以水定城、以水定产”，大力发展高效节水灌溉技术，实施节水奖补、水权交易政策，提高用水效益；并在2015年6月执行由省质量技术监督局颁布的地方标准《山西省用水定额（农业用水定额）》（DB14/T1049.1-2015），按照最严格水资源管理制度考核和完善用水定额标准体系的要求；在2017年山西省响应中央，全面落实“河（湖）长制”，推进黄河流域生态治理，推动以汾河为重点的“七河”流域生态保护与修复，完成汾河中游13.5公里先行示范段项目。这些政府行为的成果充分体现在近两年间各类用水的水量变化上，尤其是农业用水的用水量由2016年的46.70亿m3减少为2018年的43.33亿m3，降低率为7.2%；成果也体现在近两年的万元GDP水资源生态足迹上，由2016年的0.0961hm2/万元降至2018年的0.0730hm2/万元，下降率为24.02%。（3）2009年至2018年山西省的人均生态承载力的年际波动比较大，但总体上呈上升趋势，且同期的人均生态足迹均大于人均生态承载力，故2009年至2018年山西省水资源属于生态赤字状态。而2009年至2018年山西省人均生态赤字年际波动较大，大体呈现倒W型，但近年来有上升趋势。究其原因，是因为山西省的水资源总量受降水量和用水量的影响，年际波动较大，故人均生态承载力的结果也随之年际波动较大，虽然同期人均生态足迹已在近年来有所下降，但其下降程度较之人均生态承载力的上升程度仍属于偏小的程度，因此山西省水资源仍然无法脱离生态赤字的危机。而且2009年至2018年的山西省水资源负载指数年际波动较大，但均大于10，级别即为Ⅰ，属于水资源利用程度很高，开发潜力不大，有条件需要外流域调水的情况。因而，山西省仍需继续采用“开源节流”和“保水护水”措施提高水资源生态承载力，并在农业灌溉、工业生产和城镇居民生活用水等方面采取节约高效利用水资源的措施来减少水资源生态足迹，尽快结束生态赤字的危机；在此基础上，推进大水网骨干工程收官和黄河古贤水利枢纽工程建设，加快小水网建设，以此借助外流域的水资源发展自身的民生和经济。参考文献[1]刘成武，黄利民．资源科学概论[M]．北京：科学出版社，2014：251．[2]ParkRE，BurgessEW．Introductiontothescienceofsociology[M]．Chicago:UniversityofChicagoPress，1921[3]HadwenIAS，PalmerLJ．ＲeindeerinAlaska[R]．Washington:GovernmentPrintingOffice，1922．[4]OdumEP．Fundamentalsofecology[M]．Philadelphia:W．B．Saundem，1953．[5]UNESCO＆FAO．CarryingcapacityassessmentwithapilotstudyofKenya:aresourceaccountingmethodologyforsustainabledevelopment[R]．Paris:UnitedNationsEducational，ScientificandCulturalOrganization，1985．[6]WilliamE.Rees．Theecologyofsustainabledevelopment[J]．Ecologist，1990，20(1)：18-23．[7]PetersonDH.FloridaKeyscarryingcapacitystudy[J]．ProceedingsoftheWaterEnvironmentFederation，2002(13)：489-501[8]HarrisJM．Carrryingcapacityinargricuture:Globeandregionalissue[J]．EcologicalEconomics，1999．129(3)：443-461[9]Rijisberman，etal．Differentapproachestoassessmentofdesignandmanagementofsustainableurbanwatersystem[J]．Environ-mentImpactAssessmentReview，2000，129(3)：333-345.[10]UzunO，MuderrisgluH．Visuallandscapequalityinlandscapeplanning:ExamplesofKarsandArdahancitiesinTurkey[J]．AfricanJournalofAgriculturalResearch，2011，6(6)[11]高吉喜．可持续发展理论探讨:生态承载力理论、方法与应用[M]．北京:中国环境科学出版社，2001：12-28．[12]王家骥，姚小红，李京荣．黑河流域生态承载力估测[J]．环境科学研究，2000，13（2）：44-48．[13]王中根，夏军．区域生态环境承载力的量化方法研究[J].长江职工大学学报，1999，16（4）：9-12.[14]施雅风，曲耀光．乌鲁木齐河流域水资源承载力及其合理利用[M].北京:科学出版社，1992.[15]阮本青，沈晋．区域水资源适度承载能力计算模型研究[J]．土壤侵蚀与水土保持学报，1998（03）：58-62+86[16]许有鹏．干旱区水资源承载能力综合评价研究：以新疆和田河流域为例[J]．自然资源学报，1993，8（3）：229[17]新疆水资源软科学课题研究组．新疆水资源及其承载能力和开发战略对策[J]．水利水电技术，1989（6）：1-7，9[18]周亮广，梁虹．基于主成分分析和熵的喀斯特地区水资源承载力动态变化研究——以贵阳市为例[J]．自然资源学报，2006（05）：827-833.[19]王维维，孟江涛，张毅．基于主成分分析的湖北省水资源承载力研究[J]．湖北农业科学，2010，49（11）：2764-2767[20]熊黑钢，付金花，王凯龙．基于熵权法的新疆奇台绿洲水资源承载力评价研究[J]．中国生态农业学报，2012，20（10）：1382-1387.[21]赵自阳，李王成，王霞等．基于主成分分析和因子分析的宁夏水资源承载力研究[J]．水文，2017，37（02）：64-72.[22]秦莉云，金忠青．淮河流域水资源承载能力的评价分析[J]．水文，2001，35：98-100．[23]孙弘颜，汤洁，刘亚修．基于模糊评价方法的中国水资源承载力研究[J]．东北师大学报(自然科学版），2007（01）：131-135．[24]孟丽红，陈亚宁，徐祥明等．基于可变模糊评价法的塔里木河流域水资源承载力研究[J]．水土保持通报，2012，32（02）：162-167．[25]马金珠，李相虎，贾新颜．干旱区水资源承载力多目标层次评价———以民勤县为例[J]．干旱区研究，2005，22（1）：11-16．[26]冯兰刚，焦彦臣，都沁军．基于AHP的河北省水资源承载能力分析[J]．工业技术经济，2009，28（07）：90-93.[27]李新，石建屏，曹洪．基于指标体系和层次分析法的洱海流域水环境承载力动态研究[J]．环境科学学报，2011，31（06）：1338-1344.[28]刘雅玲，罗雅谦，张文静等．基于压力—状态—响应模型的城市水资源承载力评价指标体系构建研究[J]．环境污染与防治，2016，38（05）：100-104．[29]王建华，江东，顾定法等．基于SD模型的干旱区城市水资源承载力预测研究[J]．地理学与国土研究，1999（02）：19-23．[30]韩俊丽，段文阁，李百岁．基于SD模型的干旱区城市水资源承载力模拟与预测——以包头市为例[J]．干旱区资源与环境，2005（04）：188-191.[31]张振伟，杨路华，高慧嫣等．基于SD模型的河北省水资源承载力研究[J]．中国农村水利水电，2008（03）：20-23.[32]张琴琴，瓦哈甫·哈力克，麦尔哈巴·麦提尼亚孜等．基于SD模型的吐鲁番市生态-生产-生活承载力分析[J]．干旱区资源与环境，2017，31（04）：54-60．[33]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（03）：1279-1286．[34]陈栋为，陈晓宏，孔兰.基于生态足迹法的区域水资源生态承载力计算与评价——以珠海市为例[J]．生态环境学报，2009，18（06）：2224-2229．[35]王文国，何明雄，潘科等．四川省水资源生态足迹与生态承载力的时空分析[J]．自然资源学报，2011，26（09）：1555-1565．[36]张军，张仁陟，周冬梅．基于生态足迹法的疏勒河流域水资源承载力评价[J]．草业学报，2012，21（04）：267-274．[37]贾焰，张军，张仁陟．2001-2011年石羊河流域水资源生态足迹研究[J]．草业学报，2016，25（02）：10-17．[38]张宁宁，粟晓玲，周云哲等．黄河流域水资源承载力评价[J]．自然资源学报，2019，34（08）：1759-1770.附录附录一表12009年至2018年山西省常驻人口统计表单位：万人行政区2009201020112012201320142015201620172018山西省3427.363574.113593.283610.833629.803647.963664.123681.643702.353718.34附录二表22009年至2018年山西省各市人均生态足迹统计表单位：hm2/人行政区2009201020112012201320142015201620172018太原市0.4090.3520.2930.2990.2900.2800.2860.2950.2930.292大同市0.2680.2990.2990.3110.3240.3120.3010.3000.2470.302阳泉市0.2390.2350.2350.2350.2690.2540.2300.2160.2190.235长治市0.2200.2400.2870.3040.3070.2830.2580.2560.2560.268晋城市0.2300.2820.3240.3500.3450.3310.3080.3100.3050.307朔州市0.3700.4010.4780.4840.5060.4650.4560.4690.4710.460忻州市0.2440.2610.3560.3380.3380.3410.3500.3480.3470.348吕梁市0.2210.2460.2570.2610.2500.2450.2470.2540.2570.256晋中市0.3890.3640.3680.3630.3590.3430.3650.3770.3730.357临汾市0.2500.2650.3000.2820.2820.2680.2810.2890.2860.298运城市0.3380.4130.5040.4560.4820.4400.5080.5300.5060.466山西省0.2910.3110.3410.3360.34