烏魯木齊水資源生態(tài)足跡與承載力分析及預(yù)測(cè)

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(新疆大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 新疆 烏魯木齊 830000)

新疆統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)顯示，2016年烏魯木齊水資源總量為10.74億立方米。其中，地表水資源量為6.02億立方米，地下水資源量為4.43億立方米，人均水資源量409立方米/人，人均水資源量低于新疆人均水資源量5500立方米/人，烏魯木齊水資源生態(tài)足跡及未來(lái)水資源量變化關(guān)系烏魯木齊社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此有必要對(duì)烏市水資源生態(tài)足跡及承載力進(jìn)行計(jì)算及預(yù)測(cè)。

一、研究方法

(一)數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒(2006-2017年)》。

(二)水資源生態(tài)足跡計(jì)算公式

本文將水資源分為生產(chǎn)用水、居民生活用水和生態(tài)環(huán)境用水三類。

1.水資源生態(tài)足跡及承載力計(jì)算公式、水資源均衡因子(0.4)、產(chǎn)量因子及生產(chǎn)能力參看文獻(xiàn)[2]。

2.生態(tài)赤字 / 生態(tài)盈余

EFW- ECW<0 生態(tài)赤字，水資源供給不足。EFW- ECW>0 生態(tài)盈余，水資源供給充分。

EFW- ECW=0 生態(tài)平衡。

3.水資源負(fù)載指數(shù)公式。

4.萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡

萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡=EFW/GDP

(三)ARIMA模型

ARIMA模型是由BOX和Jenkins提出的一種適用于短期預(yù)測(cè)的模型。

二、結(jié)果與分析

(一)生態(tài)足跡計(jì)算及分析

本文利用Excel軟件對(duì)烏魯木齊生態(tài)足跡進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，2005-2016年，烏魯木齊總水資源生態(tài)足跡在波動(dòng)中上升，主要是由于第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)用水量的增加所致。2009-2016年烏魯木齊水資源生態(tài)足跡先下降后迅速升之后呈下降趨勢(shì)。這可能是由于2013年水資源供水總量忽然增加所致。第二產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡是總水資源生態(tài)足跡的13～22%，這反映出目前烏魯木齊工業(yè)用水量低，工業(yè)發(fā)展水平不高。第三產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡占總水資源生態(tài)足跡比重的1%～3%，這是由于烏市經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)在農(nóng)業(yè)和工業(yè)上，而服務(wù)業(yè)起步晚發(fā)展不充分，但服務(wù)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是上升的。生活用水生態(tài)足跡占總水資源生態(tài)足跡比重的12%～18%，低于第二產(chǎn)業(yè)的比重。生活用水生態(tài)足跡的緩慢增加主要是烏魯木齊人口數(shù)量增加所致。生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)足跡在12年間呈上升趨勢(shì)，雖然生態(tài)環(huán)境用水占總生態(tài)足跡的比重(2～9%)不大，但是2016年比2005年上升了4.5倍，可以看出烏魯木齊生態(tài)用水量在逐漸增加。

(二)水資源承載力計(jì)算與分析

通過(guò)Excel 軟件計(jì)算而得，2005-2016年，烏魯木齊水資源生態(tài)承載力呈上升趨勢(shì),生態(tài)赤字波動(dòng)大體上維持穩(wěn)定。

(三)烏魯木齊水資源負(fù)載指數(shù)分析

2005-2016年烏魯木齊水資源生態(tài)壓力指數(shù)大體上處于上升的趨勢(shì)，除了2008年及2012年的水資源負(fù)載指數(shù)小于10,其他年份的水資源生態(tài)壓力指數(shù)均大于10，屬于Ι級(jí)，表示水資源利用程度很高，可能需要區(qū)外調(diào)水。

(四)水資源的利用效率分析

2005-2016年，烏市萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐漸下降的趨勢(shì)，可能的原因是:(1)烏市水資源短缺因而越來(lái)越重視水資源的利用效率。(2)烏市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中對(duì)水資源開(kāi)發(fā)利用方式向有效率的一面轉(zhuǎn)變。

(五)基于ARIMA 模型的模擬預(yù)測(cè)與分析

1.ARIMA 模型的模擬預(yù)測(cè)

本文以水資源總生態(tài)足跡(EF)為例,采用 EViews 7.0 軟件來(lái)具體說(shuō)明ARIMA 模型運(yùn)用和預(yù)測(cè)過(guò)程。

(1)序列平穩(wěn)化檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明總水資源生態(tài)足跡EF序列是非平穩(wěn)序列，經(jīng)過(guò)一階差分后序列D(EF)的ADF單位根和PP檢驗(yàn)的值都小于1%，5%和 10%的臨界值，D(EF)通過(guò)了 ADF 和 PP 檢驗(yàn)，D(EF)是平穩(wěn)時(shí)間序列。

(2)模型初步識(shí)別。D(EF)序列的AC及PAC趨向拖尾，在4 次階之后驟減，可確定AR 和 MA 的階次p、q 值為4,4，由前文平穩(wěn)性檢驗(yàn)可知 d=1。初步可用ARIMA(4,1,4)模型對(duì)EF序列進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。

(3)模型參數(shù)估計(jì)。通過(guò)軟件 EViews 7.0對(duì)數(shù)據(jù)反復(fù)試算，模型ARIMA(4,1,4)最佳。

(4)模型診斷分析。通過(guò)ARMA Structure檢驗(yàn)?zāi)Ｐ吞卣鞲箶?shù)在單位圓內(nèi)。通過(guò)Q檢驗(yàn)，單位根ADF值小于1%、5%、10%顯著性水平的臨界值，模型ARIMA(4,1,4)的殘差序列是白噪聲序列。ARIMA(4,1,4)為最優(yōu)模型。

(5)ARIMA 模型預(yù)測(cè)結(jié)果。從預(yù)測(cè)結(jié)果看，2017-2021年烏魯木齊總水資源生態(tài)足跡有所下降，降幅為12.32%。這可能是由于烏魯木齊第一產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡下降帶來(lái)的影響。

2.水資源承載力預(yù)測(cè)

依然用ARIMA模型對(duì)烏魯木齊水資源承載力進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出 ARIMA(4,1,4)是最優(yōu)模型，其預(yù)測(cè)結(jié)果，2017—2021年，烏魯木齊水資源生態(tài)承載力呈下降趨勢(shì)，生態(tài)赤字率在91%之上，可以看出未來(lái)5年烏魯木齊的水資源供需矛盾將更加突出。

三、結(jié)論

本文對(duì)2005-2016年烏魯木齊的水資源生態(tài)足跡及承載力進(jìn)行了計(jì)算，并運(yùn)用ARIMA模型進(jìn)行了短期預(yù)測(cè)。研究認(rèn)為:

(1)2005—2016 年，烏魯木齊總水資源生態(tài)足跡有所波動(dòng)但總體上保持上升趨勢(shì)。利用ARIMA模型進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，2017-2021年烏魯木齊水資源生態(tài)足跡呈下降趨勢(shì)。(2)2005—2016 年，烏魯木齊水資源生態(tài)承載力不斷上升，烏魯木齊生態(tài)赤字率大多數(shù)在90%以上且生態(tài)赤字遠(yuǎn)大于承載力，烏市水資源生態(tài)赤字狀況嚴(yán)重。從預(yù)測(cè)結(jié)果看2017-2021年烏魯木齊水資源承載力呈逐漸下降趨勢(shì)。(3)2005—2016 年烏魯木齊水資源負(fù)載指數(shù)呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)，除了2008年及2012年的水資源負(fù)載指數(shù)小于10，其他年份的水資源生態(tài)壓力指數(shù)均大于10，屬于Ι級(jí)，表示水資源利用程度很高，可能需要區(qū)域外調(diào)水。

綜上，目前烏魯木齊的水資源供給并不足，赤字程度很大，水資源面臨的問(wèn)題很嚴(yán)峻。從預(yù)測(cè)的生態(tài)足跡及承載力看，2017-2021年烏市的水資源赤字程度更大，面臨的問(wèn)題更嚴(yán)重。解決這個(gè)問(wèn)題，除了傳統(tǒng)的節(jié)約用水外，目前最好的對(duì)策應(yīng)該放到提高水資源的利用效率上來(lái)，通過(guò)提高用水效率來(lái)抵消一部分因水資源供給不足帶來(lái)問(wèn)題。