秦歡歡 黃麗想

摘要：

為了定量評價(jià)江西省水資源生態(tài)安全的狀況，采用水資源生態(tài)足跡模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法和情景分析法，通過構(gòu)建江西省水資源利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了保持現(xiàn)狀（JS1）、經(jīng)濟(jì)增長（JS2）、節(jié)約用水（JS3）、綜合發(fā)展（JS4）4種發(fā)展情景，對現(xiàn)狀（1999～2021年）和未來（2022～2050年）江西省水資源生態(tài)足跡進(jìn)行評價(jià)與預(yù)測。結(jié)果表明：現(xiàn)狀年份江西省水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力均呈緩慢平穩(wěn)上升趨勢，水資源生態(tài)協(xié)調(diào)性較好，處于較安全的合理利用水平；未來年份4種發(fā)展情景下江西省水資源生態(tài)足跡呈增長趨勢、水資源生態(tài)盈余呈下降趨勢，除情景JS3外的其余情景均出現(xiàn)了水資源利用不安全的情況。經(jīng)過比較，情景JS4具有較適中的水資源可持續(xù)利用評價(jià)指標(biāo)，能夠兼顧經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和水資源的保護(hù)，是滿足江西省水資源可持續(xù)利用的最佳情景。江西省在未來應(yīng)采取節(jié)約用水、提高用水效率、合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等措施保證社會經(jīng)濟(jì)和水資源的可持續(xù)發(fā)展與利用。研究成果可為區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：

水資源生態(tài)足跡； 水資源生態(tài)承載力； 水資源可持續(xù)利用； 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型； 江西省

中圖法分類號： TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.07.015

0 引 言

生態(tài)足跡（Ecological Footprint，EF）這一概念起源于Wiilian Rees在1992年提出的一種非貨幣度量方法［1-3］，指的是能夠滿足區(qū)域人口需求且具備生物生產(chǎn)力的土地和水域的面積［4-7］。生態(tài)承載力（Ecological Carrying Capacity，ECC）是指在特定環(huán)境條件下，某種個(gè)體存在數(shù)量的最高極限。這兩個(gè)概念自出現(xiàn)以來就在國內(nèi)外得到了廣泛的使用和發(fā)展，諸多學(xué)者都對其進(jìn)行了深入的研究，也使得生態(tài)足跡與生態(tài)承載力成為生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一［2-7］。相比較來說，水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力相當(dāng)于水資源利用系統(tǒng)中的用水模塊與供水模塊，通過它們的對比可以獲得區(qū)域水資源盈余或赤字的狀況，進(jìn)而據(jù)此制定相對應(yīng)的水資源管理政策?，F(xiàn)有研究表明，水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力是水資源研究中的主要方法之一［8-12］，陸續(xù)有學(xué)者對中國上海市［4］、阿拉善地區(qū)［3］、西南地區(qū)［5］、甘肅省［7］、鄱陽湖流域［8］、長江流域［9］、中原城市群［11］以及全國［2，10］等不同尺度研究區(qū)域的水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行了研究與評價(jià)。這些研究大多數(shù)是針對研究區(qū)現(xiàn)狀水資源利用情況下的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進(jìn)行計(jì)算與評價(jià)，少數(shù)研究還采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等方法對研究區(qū)未來的狀況進(jìn)行了預(yù)測［2，12］。隨著區(qū)域水資源供需矛盾的不斷加劇和水環(huán)境污染問題的日益突出［13］，生態(tài)文明已經(jīng)成為區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，通過眾多學(xué)者的研究與探索，水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力也越來越受到重視，在水資源領(lǐng)域也得到了長足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

地處長江中下游南岸的江西省是水資源量較豐富的南方省份，多年平均降水量和水資源量分別為1 638.4 mm 和1 570億m3［14］。然而，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，江西省在用水過程中出現(xiàn)了水資源量時(shí)空分配不均、水資源利用率低、污染加劇、洪澇災(zāi)害頻發(fā)等涉水問題，由此導(dǎo)致江西省仍然存在水資源供需矛盾。目前，已有一些針對江西省水資源的研究，主要集中在用水結(jié)構(gòu)與用水效率分析［15-17］、需水量預(yù)測［18］、水資源承載力評價(jià)［19-20］、水資源安全評價(jià)［21］等方面，在生態(tài)足跡和生態(tài)承載力方面的研究較少［14，22-23］，且缺少對江西省未來水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的預(yù)測研究。如孟麗紅［14］、谷文林［22］、殷茵［23］等分別針對江西省2007～2011年、2010～2018年和2004～2013年水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行了研究和分析。為了掌握江西省水資源利用及盈余情況的現(xiàn)狀，科學(xué)預(yù)測江西省未來水資源可持續(xù)利用的狀況，十分有必要對江西省水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行分析與預(yù)測。

對水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行科學(xué)合理的預(yù)測，能夠?yàn)閰^(qū)域水資源可持續(xù)利用提供有科學(xué)依據(jù)的前瞻性建議與意見［12］。目前，采用的預(yù)測方法有灰色預(yù)測模型［24］、整合移動(dòng)平均自回歸（Autoregressive Integrated Moving Average，ARIMA）模型［25］、廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（General Regression Neural Network，GRNN）模型［26］、反向傳播（Back Propagation，BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型［12］、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，SD）模型［2］等。相對而言，SD模型能夠考慮需水量計(jì)算中的諸多社會、經(jīng)濟(jì)、工程和技術(shù)等因素，可對區(qū)域需水量進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)測［27］，而需水量預(yù)測是水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力預(yù)測的基礎(chǔ)。因此，本次研究選擇SD模型對水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行預(yù)測。

本次研究采用SD模型對江西省1999～2021年的水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行計(jì)算，選取水資源生態(tài)盈余、水資源生態(tài)壓力指數(shù)和水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)等3個(gè)指標(biāo)對現(xiàn)狀情況下江西省水資源可持續(xù)利用狀況進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)定4種不同的發(fā)展情景，根據(jù)SD模型的模擬結(jié)果對江西省2022～2050年的水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行預(yù)測。通過對江西省現(xiàn)狀和未來長期水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的分析與預(yù)測，不僅能夠選出社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源保護(hù)并重的水資源利用情景，作為江西省未來滿足可持續(xù)發(fā)展政策的最佳情景，而且可以為江西省現(xiàn)狀及未來水資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)的依據(jù)和建議。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

江西?。|經(jīng)113°34′36″～118°28′58″、北緯24°29′14″～30°04′41″）位于長江中下游南岸，南北和東西跨度分別為620 km和490 km，四周與浙江省、福建省、廣東省、湖南省、湖北省和安徽省相連，地勢南高北低，從南到北主要地形分別為山地、丘陵和平原，總面積16.69萬km2。江西省地處中亞熱帶濕潤季風(fēng)區(qū)，氣候溫和，雨量豐沛，光照充足［18］。2021年江西省常住人口4 517.4萬人，GDP 為29 619.7億元，降水量1 524.8 mm。2020年江西省地表水、地下水和總水資源量分別為1 666.72億m3、385.99億m3和1 658.56億m3，全省供水量244.12億m3，占全年水資源總量的14.5%。

1.2 水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力

水資源生態(tài)足跡WEF衡量的是區(qū)域各用水部門的水資源消耗量轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的生態(tài)生產(chǎn)性水域面積［8］，其計(jì)算公式如下［28］：

WEF=4i=1WEFi=4i=1μw×QiPw（1）

式中：WEF表示區(qū)域水資源生態(tài)足跡，hm2；WEFi表示第i個(gè)用水部門的水資源生態(tài)足跡，hm2，本文將江西省劃分為生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水等4個(gè)用水部門；μw表示全球水資源均衡因子，取值為5.19［2，4］；Qi表示區(qū)域水資源消耗量，m3；Pw表示全球水資源平均生產(chǎn)能力，一般取值為3 140 m3/hm2 ［2，8，29-30］。

水資源生態(tài)承載力WECC是基于水資源生態(tài)足跡模型而定義的，它指的是某一時(shí)期內(nèi)區(qū)域最大的水資源量供給能夠?yàn)樵搮^(qū)域內(nèi)的社會經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境等方面提供的滿足可持續(xù)發(fā)展的能力［31］，可由以下公式計(jì)算［32］：

WECC=0.4 μwξQCPw=0.4 μwξQS+QG+QRPw（2）

式中：WECC表示區(qū)域水資源生態(tài)承載力，hm2；ξ是水資源產(chǎn)量因子，江西省的水資源產(chǎn)量因子取值為2.71［28］；QC、QS、QG和QR分別表示水資源總量、地表水資源量、地下水資源量和灌溉回歸水量，m3；0.4表示在水資源生態(tài)承載力的計(jì)算中需要扣除用于生態(tài)和生物多樣性補(bǔ)償面積后可用水資源的比例，取世界環(huán)境和發(fā)展委員會建議值［33］。

1.3 水資源可持續(xù)利用評價(jià)指標(biāo)

水資源利用過程中的供給與需求不匹配導(dǎo)致的供需矛盾是水資源可持續(xù)利用的根源問題［34］，與此相關(guān)的各種水資源可持續(xù)利用模型均與水資源的供給和需求關(guān)系息息相關(guān)，而水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力則是最關(guān)鍵、最重要的兩個(gè)參數(shù)。有鑒于此，本次研究選取水資源生態(tài)盈余、水資源生態(tài)壓力指數(shù)和水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)等3個(gè)參數(shù)作為評價(jià)水資源可持續(xù)利用的指標(biāo)，其計(jì)算方式如下所示：

SW=WECC－WEF（3）

PIE=WEFWECC（4）

ECIE=WEF+WECCWEF2+WECC2（5）

式中：SW表示水資源生態(tài)盈余，hm2，正值表示區(qū)域水資源存在生態(tài)盈余，可以繼續(xù)利用；負(fù)值表示區(qū)域水資源存在生態(tài)赤字，存在過度利用，不能繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)。PIE表示衡量區(qū)域水資源生態(tài)壓力的水資源生態(tài)壓力指數(shù)，其數(shù)值大于1表示水資源使用量大于水資源總量，區(qū)域水資源利用處于不安全狀態(tài)；PIE數(shù)值在（0，1）區(qū)間則表示水資源使用量小于水資源總量，區(qū)域水資源利用處于安全狀態(tài)；PIE數(shù)值越大，區(qū)域水資源利用越不安全。ECIE表示水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)，其取值范圍為1≤ECIE≤1.414，用于衡量區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)程度［35］，值越大（?。?，區(qū)域水資源生態(tài)協(xié)調(diào)性和安全性越好（差）。

1.4 江西省水資源利用SD模型

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是1956年創(chuàng)立的系統(tǒng)仿真方法，是一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，也是一門認(rèn)識系統(tǒng)問題和解決系統(tǒng)問題的交叉綜合學(xué)科，是結(jié)構(gòu)方法、功能方法和歷史方法的統(tǒng)一［36］。隨著系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和方法的不斷發(fā)展與完善，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的改進(jìn)，該方法已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、生態(tài)承載力、需水量預(yù)測、污水再生回用、鐵路運(yùn)價(jià)制定等，尤其在處理高度非線性、高階次、多變量、多重反饋問題方面具有顯著優(yōu)勢。

張?jiān)娰坏龋?8］采用VENSIM Professional版軟件構(gòu)建了江西省水資源利用SD模型，圖1是模型的流圖，展示了系統(tǒng)中主要變量之間的定量關(guān)系。利用歷史數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了校準(zhǔn)，生活需水量、工業(yè)需水量、農(nóng)業(yè)需水量和總需水量的相對誤差均在±5%以內(nèi)，說明模型校準(zhǔn)是成功的。本次研究在此基礎(chǔ)上采用SD模型的結(jié)果進(jìn)行水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計(jì)算和預(yù)測。模型模擬周期為1999～2050年，時(shí)間步長為1 a，其中1999～2021年為現(xiàn)狀年份，2022～2050年為預(yù)測年份。

在模型校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)江西省現(xiàn)狀情況下水資源利用和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，綜合考慮未來不同情況下江西省水資源利用的著重點(diǎn)，設(shè)計(jì)了4種不同的發(fā)展情景，分別是保持現(xiàn)狀型情景（JS1）、經(jīng)濟(jì)增長型情景（JS2）、節(jié)約用水型情景（JS3）和綜合發(fā)展型情景（JS4），表1列出了這4種情景的具體內(nèi)容。

1.5 模型中數(shù)據(jù)的來源

模型的參數(shù)有常數(shù)類、表函數(shù)和初始值等3類，本次研究中使用到的現(xiàn)狀年份的參數(shù)數(shù)據(jù)來自于江西省的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括《江西省統(tǒng)計(jì)年鑒》［37］中的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和各類增長率數(shù)據(jù)，以及《江西省水資源公報(bào)》［38］中的水資源數(shù)據(jù)和用水定額數(shù)據(jù)。根據(jù)江西省不同用水部門的特點(diǎn)和對水資源可持續(xù)發(fā)展的需求，參考國內(nèi)外相似研究區(qū)域的相關(guān)參數(shù)，依據(jù)江西省人口增長情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科技應(yīng)用狀況、水資源利用程度、工農(nóng)業(yè)節(jié)水工藝和技術(shù)等因素的變化，綜合評價(jià)并確定這3類參數(shù)的數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 江西省水資源生態(tài)承載力現(xiàn)狀分析

圖2是現(xiàn)狀情況下江西省水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力及水資源可持續(xù)利用評價(jià)指標(biāo)曲線圖。從圖2（a）可以看出，江西省1999～2021年的水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力均呈緩慢平穩(wěn)上升的趨勢，每年水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力分別上升0.461 9×106 hm2和0.432 8×106 hm2。江西省水資源生態(tài)承載力在1999～2021年期間始終大于水資源生態(tài)足跡，說明隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)狀年份江西省水資源開發(fā)利用程度均在水資源的生態(tài)承載能力范圍內(nèi)，存在生態(tài)盈余（見圖2（b）），水資源生態(tài)盈余范圍為7.832×106～ 12.661×106 hm2，平均生態(tài)盈余為10.463×106 hm2，江西省的水資源利用整體處于合理的水平。從圖2（b）還可以看出，1999～2021年期間，江西省水資源生態(tài)壓力指數(shù)（范圍0.771～0.813，平均值0.786，小于1）和水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)（范圍1.403～1.407，平均值1.404，接近1.414）均處于比較平穩(wěn)的狀態(tài)，表明這一時(shí)期江西省水資源的生態(tài)協(xié)調(diào)性較好，水資源利用處于較安全的水平。

表2是現(xiàn)狀情況下江西省歷年不同用水部門的水資源生態(tài)足跡及貢獻(xiàn)比例。從表2可以看出，1999～2021年江西省農(nóng)業(yè)用水部門的水資源生態(tài)足跡遠(yuǎn)大于生活、工業(yè)和生態(tài)等用水部門的水資源生態(tài)足跡，排第二的是工業(yè)用水部門的水資源生態(tài)足跡。1999～2021年平均來看，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)等用水部門的水資源生態(tài)足跡分別為25.202×106，9.211×106，3.853×106 hm2和0.303×106 hm2，占總水資源生態(tài)足跡（38.568×106 hm2）的比例分別為65.41%，23.90%，9.93%和0.76%。農(nóng)業(yè)用水部門的水資源生態(tài)足跡主要由灌溉用水來決定，其水資源生態(tài)足跡（23.139×106 hm2）占農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)足跡的 91.81%。城鎮(zhèn)生活用水的生態(tài)足跡（2.507×106 hm2）與農(nóng)村生活用水的生態(tài)足跡（1.346×106 hm2）的貢獻(xiàn)之比大致為3∶2。隨著江西省社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各用水部門消耗的水資源量也處于穩(wěn)步上升的狀態(tài)，由此導(dǎo)致各用水部門的水資源生態(tài)足跡隨時(shí)間呈穩(wěn)步上升的水平。相比于1999年，2021年江西省農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活等用水部門的水資源生態(tài)足跡分別增長了0.22%，46.40%和44.42%，生態(tài)用水的生態(tài)足跡則從0增長到0.411×106 hm2，總用水的生態(tài)足跡則增長了14.57%。這是因?yàn)榻魇∩鐣?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致工業(yè)和生活用水的生態(tài)足跡增長迅速，而農(nóng)業(yè)用水的生態(tài)足跡則由于基數(shù)大、占比高而呈現(xiàn)較緩慢的增長。生態(tài)用水的生態(tài)足跡從無到有的增長體現(xiàn)了江西省對于生態(tài)環(huán)境問題的重視。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，江西省的人口也在不斷增長，由此導(dǎo)致江西省人均水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)變化（見圖3）。1999～2021年江西省人均水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的范圍分別為0.666～0.969 hm2/人和0.850～1.241 hm2/人，平均值分別為0.863 hm2/人和1.097 hm2/人；相對應(yīng)的人均水資源生態(tài)盈余的范圍為0.184～0.278 hm2/人，平均值為0.235 hm2/人。無論是從總體的角度還是人均的角度，江西省水資源的利用都是處于安全的水平。

2.2 江西省水資源生態(tài)承載力情景預(yù)測

根據(jù)設(shè)定的4種發(fā)展情景，運(yùn)行校準(zhǔn)后的SD模型對江西省2022～2050年水資源利用情況進(jìn)行模擬，利用得到的模擬結(jié)果對江西省未來的水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行預(yù)測。圖4是預(yù)測期內(nèi)不同發(fā)展情景下江西省水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)承載力、水資源生態(tài)盈余、水資源生態(tài)壓力指數(shù)及水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)曲線圖。從圖4（a）可以看出，4種情景下江西省未來的水資源生態(tài)足跡均呈增長的趨勢，其中經(jīng)濟(jì)增長情景JS2增長的速度最快（從42.315×106 hm2增長至150.338×106 hm2，年均增長9.12%），節(jié)約用水情景JS3增長的速度最慢（從37.444×106 hm2增長至46.607×106 hm2，年均增長0.87%），保持現(xiàn)狀情景JS1（從41.609×106 hm2增長至60.530×106 hm2，年均增長1.62%）和綜合發(fā)展情景JS4（從37.762×106 hm2增長至73.727×106 hm2，年均增長3.40%）則居中。與此同時(shí)，4種情景下江西省水資源生態(tài)承載力則呈現(xiàn)較平穩(wěn)的水平（見圖4（b）），由此導(dǎo)致4種情景下水資源生態(tài)盈余均出現(xiàn)下降的趨勢（見圖4（c））。除節(jié)約用水情景JS3外，其余情景在預(yù)測后期甚至出現(xiàn)了連續(xù)的水資源生態(tài)赤字。經(jīng)濟(jì)增長情景JS2中水資源生態(tài)盈余下降速度最快（從8.569×106 hm2下降為-99.704×106 hm2，出現(xiàn)了19 a的水資源生態(tài)赤字），節(jié)約用水情景JS3中水資源生態(tài)盈余下降速度最慢（從12.580×106 hm2下降為1.912×106 hm2，

未出現(xiàn)水資源生態(tài)赤字），保持現(xiàn)狀情景JS1（從9.275×106 hm2下降為-9.897×106 hm2，出現(xiàn)了10 a的水資源生態(tài)赤字）和綜合發(fā)展情景JS4（從12.262×106 hm2下降為-25.208×106 hm2，出現(xiàn)了9 a的水資源生態(tài)赤字）則居中。4種情景下江西省水資源生態(tài)壓力指數(shù)均呈增長的趨勢（見圖4（d）），經(jīng)濟(jì)增長情景JS2下該指數(shù)從0.832快速增長至2.969，增速最快；節(jié)約用水情景JS3下該指數(shù)從0.749增長至0.961，增速最慢；保持現(xiàn)狀情景JS1（該指數(shù)從0.818增長至1.195）和綜合發(fā)展情景JS4（該指數(shù)從0.755增長至1.520）的增速則居中。除了節(jié)約用水情景JS3外，其余3種情景均出現(xiàn)了連續(xù)的水資源生態(tài)壓力指數(shù)大于1的水資源利用不安全的情況，其中經(jīng)濟(jì)增長情景JS2出現(xiàn)了19 a，保持現(xiàn)狀情景JS1出現(xiàn)了10 a，而綜合發(fā)展情景JS3則出現(xiàn)了9 a。對于水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)（見圖4（e）），經(jīng)濟(jì)增長情景JS2下該指數(shù)出現(xiàn)了較大幅度的下降，從1.408下降至1.267；節(jié)約用水情景JS3下該指數(shù)則保持在1.414附近波動(dòng)的較平穩(wěn)狀態(tài)，從1.400變動(dòng)至1.414；保持現(xiàn)狀情景JS1下該指數(shù)呈現(xiàn)淺倒U形變動(dòng)的趨勢，從1.407上升至1.414再下降至1.409；綜合發(fā)展情景JS4中該指數(shù)呈現(xiàn)和情景JS3類似的變動(dòng)趨勢，從1.401上升至1.414再下降至1.385。

表3列出了預(yù)測期4種不同情景下江西省不同用水部門的多年平均水資源生態(tài)足跡及貢獻(xiàn)比例。從表3可以看出，預(yù)測期內(nèi)平均來看，4種情景下總水資源生態(tài)足跡分別為48.485×106 hm2，73.867×106 hm2，37.577×106 hm2和45.383×106 hm2。保持現(xiàn)狀情景JS1、節(jié)約用水情景JS3和綜合發(fā)展情景JS4下江西省農(nóng)業(yè)用水的生態(tài)足跡（分別為28.265×106 hm2，22.425×106 hm2和22.413×106 hm2，貢獻(xiàn)占比分別為58.30%，59.68%和49.39%）最大，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景JS2下則是工業(yè)用水的生態(tài)足跡（40.482×106 hm2，貢獻(xiàn)占比54.80%）最大。相比于現(xiàn)狀的情況，4種情景下水資源生態(tài)足跡最大的用水部門貢獻(xiàn)占比均顯著下降了。同時(shí)，不同用水部門的水資源生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)占比差別在變小，即趨向于均衡化。灌溉用水生態(tài)足跡在農(nóng)業(yè)用水部門的貢獻(xiàn)占比在4種情景下均超過了70%（分別為76.77%，76.85%，70.63%和70.66%），故而灌溉用水決定了農(nóng)業(yè)用水的生態(tài)足跡。與現(xiàn)狀情況類似，預(yù)測期內(nèi)城鎮(zhèn)生活用水的生態(tài)足跡（4種情景下分別為3.364×106 hm2，3.475×106 hm2，2.459×106 hm2和2.538×106? hm2）與農(nóng)村生活用水的生態(tài)足跡（4種情景下分別為1.105×106 hm2，1.139×106 hm2，1.105×106 hm2和1.139×106? hm2）的貢獻(xiàn)之比大致為3∶1。

圖5是預(yù)測期內(nèi)各情景下江西省人均水資源生態(tài)足跡、人均水資源生態(tài)承載力及人均水資源生態(tài)盈余柱狀圖。從圖5（a）可以看出，經(jīng)濟(jì)增長情景JS2是所有情景中人均水資源生態(tài)足跡最大的情景，其范圍為0.886～2.529 hm2/人，平均值為1.363 hm2/人；節(jié)約用水情景JS3是人均水資源生態(tài)足跡最小的情景，其范圍為0.643～0.848 hm2/人，平均值為0.731 hm2/人；而保持現(xiàn)狀情景JS1（人均水資源生態(tài)足跡范圍為0.865～1.102 hm2/人，平均值為0.943 hm2/人）和綜合發(fā)展情景JS4（人均水資源生態(tài)足跡范圍為0.670～1.238 hm2/人，平均值為0.846 hm2/人）則居中。從圖5（b）可以看出，4種情景下江西省人均水資源生態(tài)承載力相差不大，平均值分別為0.990，0.960，0.952，0.923 hm2/人。由此導(dǎo)致4種情景下人均水資源生態(tài)盈余變化各不相同（見圖5（c））：節(jié)約用水情景JS3在整個(gè)預(yù)測期均存在生態(tài)盈余，而其余3種情景下均出現(xiàn)了連續(xù)的生態(tài)赤字（情景JS1、JS2和JS4分別在預(yù)測后期出現(xiàn)10 a、19 a和9 a的生態(tài)赤字）。對于出現(xiàn)水資源生態(tài)赤字的3種情景，其最大的水資源生態(tài)赤字分別為-0.180，-1.677，-0.423 hm2/人。

2.3 情景比較與分析

表4是4種情景下江西省水資源可持續(xù)利用指標(biāo)及相關(guān)情況的對比。從預(yù)測期內(nèi)平均的角度來看，如果江西省選擇優(yōu)先發(fā)展經(jīng)濟(jì)（情景JS2），那么該情景下的水資源生態(tài)足跡（73.867×106 hm2）、水資源生態(tài)壓力指數(shù)（1.459）、人均水資源生態(tài)足跡（1.363 hm2/人）以及出現(xiàn)水資源生態(tài)赤字和水資源利用不安全的年數(shù)（19 a）都是所有情景中最大的，而水資源生態(tài)盈余（-23.226×106 hm2）、人均水資源生態(tài)盈余（-0.403 hm2/人）和水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)（1.380）是所有情景中最小的。如果江西省將節(jié)約用水當(dāng)作重點(diǎn)（情景JS3），那么該情景擁有最小的水資源生態(tài)足跡（37.577×106 hm2）、水資源生態(tài)壓力指數(shù)（0.771）、人均水資源生態(tài)足跡（0.731 hm2/人）和出現(xiàn)水資源生態(tài)赤字和水資源利用不安全的年數(shù)（0）以及最大的水資源生態(tài)盈余（11.158×106 hm2）和人均水資源生態(tài)盈余（0.221 hm2/人）。這兩種情景是兩種極端情形，無論是優(yōu)先發(fā)展經(jīng)濟(jì)而不顧水資源保護(hù)，還是著重保護(hù)水資源而犧牲經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對于經(jīng)濟(jì)相對落后的革命老區(qū)江西省來說都是不可接受的。與其他情景相比，綜合發(fā)展情景JS4在評價(jià)水資源可持續(xù)利用的相關(guān)指標(biāo)方面都具有較適中的數(shù)值，水資源生態(tài)足跡（45.383×106 hm2）、水資源生態(tài)壓力指數(shù)（0.932）和人均水資源生態(tài)足跡（0.846 hm2/人）僅比情景JS3高，水資源生態(tài)盈余（3.351×106 hm2）、人均水資源生態(tài)盈余（0.077 hm2/人）和出現(xiàn)水資源生態(tài)赤字和水資源利用不安全的年數(shù)（9 a） 僅比情景JS3低。由此可見，綜合發(fā)展情景JS4能夠兼顧經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和水資源的保護(hù)，是可以滿足江西省水資源可持續(xù)利用的最佳情景。

3 結(jié) 論

（1） 對于現(xiàn)狀年份（1999～2021年），江西省水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力均呈緩慢平穩(wěn)上升趨勢，水資源開發(fā)利用程度在水資源生態(tài)承載能力范圍內(nèi)，處于合理的水平；水資源生態(tài)壓力指數(shù)和水資源生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)處于比較平穩(wěn)狀態(tài)，水資源生態(tài)協(xié)調(diào)性較好，水資源利用處于較安全的水平。

（2） 對于預(yù)測年份（2022～2050年），4種情景下江西省水資源生態(tài)足跡呈增長趨勢、水資源生態(tài)承載力保持平穩(wěn)水平，而水資源生態(tài)盈余均呈下降趨勢、水資源生態(tài)壓力指數(shù)均呈增長趨勢。除了節(jié)約用水情景JS3外，其余3種情景均出現(xiàn)了水資源不安全利用的情況。

（3） 綜合發(fā)展情景JS4具有較適中的評價(jià)指標(biāo)數(shù)值，水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)壓力指數(shù)和人均水資源生態(tài)足跡僅比情景JS3高，水資源生態(tài)盈余、人均水資源生態(tài)盈余和出現(xiàn)水資源生態(tài)赤字和水資源利用不安全的年數(shù)僅比情景JS3低。情景JS4能夠兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源保護(hù)，是可以滿足江西省水資源可持續(xù)利用的最佳情景。

參考文獻(xiàn)：

［1］ ESTER V.Books：our ecological footprint：reducing human impact on the earth［J］.Journal of Industrial Ecology，1999，3（2-3）：185-187.

［2］ 歐陽興濤，廖浩宇，姜秋香，等.基于改進(jìn)水資源生態(tài)足跡模型的中國水資源可持續(xù)利用仿真及調(diào)控［J］.環(huán)境科學(xué)，2023，44（3）：1368-1377.

［3］ 徐智超，溫璐，張雪峰，等.基于生態(tài)足跡的阿拉善地區(qū)生態(tài)安全評價(jià)［J］.生態(tài)科學(xué)，2022，41（5）：90-97.

［4］ 卞錦宇，夏玉林，毛學(xué)謙，等.太湖流域水資源承載力與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展適應(yīng)性評價(jià)［J］.水利水電快報(bào)，2022，43（4）：31-37.

［5］ 楊曉霖，潘玉君，李曉莉.西南地區(qū)水資源生態(tài)足跡及承載力動(dòng)態(tài)特征與預(yù)測分析［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，47（6）：58-67.

［6］ 張羽，左其亭，曹宏斌，等.沁蟒河流域水資源生態(tài)足跡時(shí)空變化特征及均衡性分析［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2022，33（3）：50-57.

［7］ 李菲，張小平.甘肅省水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力時(shí)空特征［J］.干旱區(qū)地理，2020，43（6）：1486-1495.

［8］ 夏軍，刁藝璇，佘敦先，等.鄱陽湖流域水資源生態(tài)安全狀況及承載力分析［J］.水資源保護(hù)，2022，38（3）：1-8，24.

［9］ 邵駿，盧滿生，杜濤，等.長江流域水資源生態(tài)足跡及其驅(qū)動(dòng)因素［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，2021，38（12）：19-24，32.

［10］ 馬曉蕾，郭婷文.中國水生態(tài)足跡與承載能力時(shí)空演化研究［J］.人民黃河，2022，44（6）：81-87.

［11］ 王剛毅，劉杰.基于改進(jìn)水生態(tài)足跡的水資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)性評價(jià)：以中原城市群為例［J］.長江流域資源與環(huán)境，2019，28（1）：80-90.

［12］ 安慧，范歷娟，吳海林，等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的淮河流域水生態(tài)足跡分析與預(yù)測［J］.長江流域資源與環(huán)境，2021，30（5）：1076-1087.

［13］ 張凱，吳鳳平，成長春.三重屬性的承載力約束下中國水資源利用效率動(dòng)態(tài)演進(jìn)特征分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2021，42（12）：5757-5767.

［14］ 孟麗紅，葉志平，袁素芬，等.江西省2007-2011年水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)特征［J］.水土保持通報(bào)，2015，35（1）：256-261.

［15］ 田進(jìn)明，孟麗紅，劉友存，等.江西省城市水資源利用效率時(shí)空演變與驅(qū)動(dòng)因素［J］.中國農(nóng)村水利水電，2022（9）：146-154.

［16］ 吳向東，許新發(fā)，成靜清，等.江西省水資源利用效率時(shí)空演變及其影響因素［J］.人民長江，2021，52（12）：92-98，121.

［17］ 孟麗紅，吳紹雄，鄭蓬蓬，等.江西省水資源利用時(shí)空變化特征及區(qū)域差異［J］.水土保持通報(bào)，2020，40（5）：276-283.

［18］ 張?jiān)娰?，劉昕瑀，楊曉，等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的江西省需水量預(yù)測［J］.寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，42（3）：334-339，345.

［19］ 傅春，李雅蓉.江西省水資源承載力評價(jià)及障礙因子診斷［J］.人民長江，2019，50（8）：109-114.

［20］ 陳述，王瑾鈺，雷彩秀，等.江西省水資源量質(zhì)耦合承載力評價(jià)及提升對策［J］.人民長江，2023，54（3）：104-110.

［21］ 曾佩，傅瓊?cè)A，皮家駿.基于物元法的江西省水資源安全評價(jià)［J］.水電能源科學(xué)，2019，37（4）：21-24.

［22］ 谷文林，劉楓，井沛然.江西省水資源生態(tài)足跡時(shí)空格局［J］.水利經(jīng)濟(jì)，2021，39（1）：58-64，82.

［23］ 殷茵，李愛民，王世芬.江西省2004～2013年水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力［J］.江西科學(xué)，2015，33（5）：682-685.

［24］ 郭榮中，申海建，楊敏華.基于灰色模型的長沙市生態(tài)足跡與生態(tài)承載力預(yù)測分析［J］.水土保持研究，2015，22（4）：195-200.

［25］ 張振龍，孫慧，蘇洋.新疆干旱區(qū)水資源生態(tài)足跡與承載力的動(dòng)態(tài)特征與預(yù)測［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2017，30（12）：1880-1888.

［26］ 郭曉娜，蘇維詞，楊振華，等.城鄉(xiāng)統(tǒng)籌背景下重慶市水生態(tài)足跡分析及預(yù)測［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2017，36（2）：69-75.

［27］ 李晶晶，李俊，黃曉榮，等.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在青白江區(qū)需水預(yù)測中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2017，40（4）：200-205.

［28］ 黃林楠，張偉新，姜翠玲，等.水資源生態(tài)足跡計(jì)算方法［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2008（3）：398-405.

［29］ 郭慧，董士偉，吳迪，等.基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)足跡模型均衡因子及產(chǎn)量因子測算［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2020，40（4）：1405-1412.

［30］ 張倩，謝世友.基于水生態(tài)足跡模型的重慶市水資源可持續(xù)利用分析與評價(jià)［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2019，38（2）：93-100.

［31］ 孫才志，張智雄.中國水生態(tài)足跡廣度、深度評價(jià)及空間格局［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，37（21）：7048-7060.

［32］ NICCOLUCCI V，GALLI A，REED A，et al.Towards a 3D national ecological footprint geography［J］.Ecological Modelling，2011，222（16）：2939-2944.

［33］ 岳晨，錢永，崔向向，等.福建省 2010～2019 年水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力［J］.水土保持通報(bào)，2022，41（6）：282-287.

［34］ 高潔，吳普特，謝朋軒，等.灌區(qū)藍(lán)綠水資源與作物生產(chǎn)水足跡多時(shí)空分布量化分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37（5）：105-112.

［35］ YANG Y，CAI Z X.Ecological security assessment of the Guanzhong Plain urban agglomeration based on an adapted ecological footprint model［J］.Journal of Cleaner Production，2020，260：120973.

［36］ QIN H H，CAI X M，ZHENG C M.Water demand predictions for megacities：system dynamics modeling and implications［J］.Water Policy，2018，20（1）：53-76.

［37］ 江西省統(tǒng)計(jì)局.江西統(tǒng)計(jì)年鑒（2000～2021年）［EB/OL］.［2022-09-26］.http：∥tjj.jiangxi.gov.cn/col/col38595/index.html.

［38］ 江西省水利廳.江西省水資源公報(bào)（1999～2020年）［EB/ OL］.［2022-09-26］.http：∥slt.jiangxi.gov.cn/col/col64563/ index.html.

（編輯：謝玲嫻）

Evaluation and prediction of water resources ecological footprint in Jiangxi Province

QIN Huanhuan1，2 ，HUANG Lixiang2

（1.State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment，East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China； 2.School of Water Resources and Environmental Engineering，East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China）

Abstract：

In order to quantitatively evaluate the situation of water resources ecological security in Jiangxi Province，this paper adopted the water resources ecological footprint model，system dynamics method and scenario analysis to construct a system dynamics model of water resources utilization in Jiangxi Province，and designed four scenarios as status quo（JS1），economic growth（JS2），water conservation（JS3） and comprehensive development（JS4）.The present（1999～2021） and future（2022-2050） ecological footprint of water resources in Jiangxi Province were evaluated and predicted.The results showed that the ecological footprint and carrying capacity of water resources in Jiangxi Province in the current year were rising slowly and steadily，and the ecological coordination of water resources was good and at a safe and reasonable utilization level.The water resources ecological footprint under the four scenarios in the future years in Jiangxi Province showed an increasing trend，and the water resources ecological surplus showed a decreasing trend.Except for scenario JS3，unsafe water resources utilization occurred in other scenarios.Scenario JS4 had a relatively moderate evaluation index for water resources sustainable utilization，which could give consideration to both economic development and water resources protection and was the best scenario for water resources sustainable utilization in Jiangxi Province.In the future，Jiangxi Province should take measures including saving water，improving water use efficiency，reasonably adjusting industrial structure，etc.，to ensure the sustainable development and utilization of social economy and water resources.The research results can provide a scientific basis for the sustainable development of regional water resources.

Key words：

water resources ecological footprint；water resources ecological carrying capacity；water resources sustainable utilization；system dynamics model；Jiangxi Province