基于生态足迹和ＳＤ模型的山东省水资源可持续利用评价

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ＤＯＩ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１ ９２３５ ２０２４ ０１ ００１
第４５卷第１期人民珠江　２０２４年１月　ＰＥＡＲＬＲＩＶＥＲ
基金项目：东华理工大学博士科研启动基金项目（ＤＨＢＫ２０１６１０４）；江西省科技厅项目（赣科发计字〔２０１７〕６３号）收稿日期：２０２３－０８－１１
作者简介：黄丽想（１９９９—），女，硕士研究生，主要从事水利工程方面的研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：２７７１１０１３８１＠ｑｑ．ｃｏｍ通信作者：秦欢欢（１９８６—），男，副教授，博士后，主要从事水文学与水资源方面的研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｈｈａｓｎ＠１２６．ｃｏｍ
黄丽想，王健泉，邸齐梦，等．基于生态足迹和ＳＤ模型的山东省水资源可持续利用评价［Ｊ］．人民珠江，２０２４，４５（１）：１－１２．
基于生态足迹和ＳＤ模型的山东省水资源
可持续利用评价
黄丽想１，王健泉１，邸齐梦１，秦欢欢１
，２
（１．东华理工大学水资源与环境工程学院，江西　南昌　３３００１３；２．东华理工大学核资源与环境国家重点实验室，江西　南昌　３３００１３）
摘要：水资源生态足迹与生态承载力对于区域水资源供需平衡问题具有关键的指示意义，在生态文明建设和可
持续水资源利用中愈发重要，但现有研究缺少针对山东省水资源生态足迹的核算与评价。

根据水资源生态足迹模型和山东省水资源供需系统动力学模型，对２００１—２０２２年山东省水资源生态足迹和生态承载力进行核算与评价。

结果表明：①２
００１—２０２２年山东省水资源生态足迹呈波动下降的趋势，人均水资源生态足迹平均值和人均水资源生态承载力平均值分别为０
．３７９、０．１０６ｈｍ２
／人，两者呈缓慢下降的趋势，由此导致人均水资源生态盈亏均为负值（均值为－０．２７３１ｈｍ２
／人），即所有年份均存在水资源生态亏损，山东省水资源始终处于不可持续利用的状态，承
受较大的水资源生态亏损压力；②２００１—２０２２年山东省水资源生态压力指数均大于１且呈上升的趋势，平均值为３．５８１，水资源生态经济协调指数波动不大，平均值为１．２３２，水资源生态足迹强度呈显著下降的趋势，平均值为
０．１４３ｈｍ２／万元，下降幅度高达９０．９％，山东省在２００１—２０２２年会承受较大水资源生态压力，水资源处于不安全
利用的状态，水资源的生态经济协调性较好，但离１．４１４的最佳生态经济协调度还有不少距离，需进一步加强山东省水资源生态经济协调性，同时水资源利用效率得到了较大的提高；③山东省需要在节水设施的推广、节水栽培技术的采用、用水效率的提升等方面投入大量的力量，在生活用水方面，随着人口的不断增长，需要在民众节水意识的培养、对保护现有水资源的大力宣传及节水措施在全社会的普及等方面加大力度，让节约用水的意识和行为深入人心，才能更好更有效地促进区域水资源的可持续利用。

关键词：水资源生态足迹；水资源生态承载力；可持续水资源利用；系统动力学；山东省中图分类号：ＴＶ２１３．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１ ９２３５（２０２４）０１ ０００１ １２
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人民珠江２０２４年
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ牷ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ牷ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ牷ｓｙｓｔｅｍｄｙｎａｍｉｃｓ牷ＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ
水资源是区域社会经济发展关键基础性资源，对区域可持续发展具有不可替代的作用［１］。

水资源生态足迹是基于ＷｉｌｌａｍＲｅｅｓ提出的生态足迹概念发展而来的非货币度量方法［２－４］，指能满足区域内人群的水资源需求且具有生物生产力的水域面积［５－８］，而水资源生态承载力是指可以支撑区域资源、环境和经济发展需要的水资源能力［９］。

对水资源生态足迹与水资源生态承载力的匹配与平衡情况进行研究，能深入了解区域水资源利用盈亏情况，掌握该地区水资源对社会经济发展的支撑能力，可以帮助制定有针对性的水资源管理政策，在资源、环境和社会经济方面促进区域的可持续发展。

因此，水资源生态足迹与水资源生态承载力逐渐成为水科学领域最重要的研究方法之一［１０－１８］。

随着经济的高速发展，区域水资源供需失衡问题在持续恶化，水环境污染问题日渐突出［１９］，生态文明建设已成为区域社会经济与资源环境可持续发展的重要组成部分［２０－２４］，水资源生态足迹与水资源生态承载力受到越来越多的重视，在可持续水资源利用与管理方面得到了较大发展。

目前，有诸多学者在不同时空尺度对水资源生态足迹进行了研究，包括城市尺度的广东省中山市［２５］、浙江省台州市［２６］等，省级行政区尺度的上海市［７］、广东省［２７］、福建省［２８］、甘肃省［６］、山东省［２９］等，流域和地区尺度的鄱阳湖流域［１２］、长江流域［１４］、西南地区［５］、淮河流域［１１］等及全国尺度［１３］。

这些研究案例通常是基于公报或统计数据对研究区的水资源生态足迹进行计算，在此基础上对研究区水资源可持续利用进行评价。

然而，水资源生态足迹计算中涉及的区域需水量与多种因素相关，准确进行需水量计算是水资源生态足迹研究和分析的前提条件。

目前，通常采用系统动力学（ＳｙｓｔｅｍＤｙｎａｍｉｃｓ，ＳＤ）模型法［２］、灰色预测模型法［３０］、ＡＲＩＭＡ模型法［３１］、ＢＰ神经网络模型法［１１］和ＧＲＮＮ
２
第１期黄丽想，等：基于生态足迹和ＳＤ模型的山东省水资源可持续利用评价
模型法［３２］对水资源生态足迹进行计算和分析。

相比而言，ＳＤ模型能定量考虑影响需水量的各种水文、气象、社会、工程、经济和科技等因素，从而进行较准确的需水量和水资源生态足迹计算。

山东是中国经济较发达的省份，人口、灌溉耕地和经济总量分别占全国的７％、６％和１０％［３３］，但受气候及地形限制，降水时空分布不均，人均水资源量（３３４ｍ３／人）仅有全国和全球平均水平的１／６和１／２５，是中国水资源供需压力最大的省份之一［３４］。

目前，针对山东省水资源生态足迹和水资源生态承载力的研究较少［２９，３３，３５］。

因此，为掌握山东省水资源利用与生态盈亏状况，促进水资源可持续利用与管理，有必要对山东省水资源生态足迹和水资源生态承载力进行计算与评价。

本文在文献［３４］构建并校准的ＳＤ模型并充分考虑山东省社会经济和水资源利用状况的基础上对山东省２００１—２０２２年水资源生态足迹和水资源生态承载力进行计算，选取水资源生态盈余、水资源生态压力指数、水资源生态经济协调指数和水资源生态足迹强度等指标分析山东省水资源利用状况，为山东省水资源的可持续利用提供依据。

１　材料与方法
１．１　研究区概况
山东省（经纬度坐标为３４°２３′～３８°１７′Ｎ、１１４°４８′～１２２°４２′Ｅ）是中国东部沿海省份，总面积１．５５８×１０５ｋｍ２，南北和东西长度分别为４００、７００ｋｍ，与江苏、安徽、河南及河北等省接壤，呈中部高四周低的地势，从东往西分别为东部低山丘陵区、西北部平原区和中部中低山地丘陵区。

山东是中国经济快速发展的典型省份，经济总量已处于全国领先水平；也是中国人口和农业大省，粮食产量位居全国前列。

山东省降水集中、雨热同期，２００１—２０２１年水资源量和降水量呈波动变化趋势（表１，２０２２年山东省水资源公报还未公布），平均降水量、水资源总量、地表水资源量和地下水资源量分别为６９１．８６ｍｍ、２９４．０５亿ｍ３、１９４．６１亿ｍ３和９９．４２亿ｍ３，降水从东南向西北递减。

人口、农业及经济发展对水资源需求不断增长，由此造成水资源短缺既是山东省基本省情又是经济发展重要制约因素的客观事实，山东省水资源利用压力越来越大。

表１　２００１—２０２１年山东省水资源量和降水量Ｔａｂ．１ＷａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆＳｈａｎｄｏｎｇ
Ｐｒｏｖｉｎｃｅｄｕｒｉｎｇ２００１—２０２１
年份
地表水资源
量／亿ｍ３
地下水资
源量／亿ｍ３
水资源总
量／亿ｍ３
降水量／
ｍｍ２００１１７０．４２６８．３９２３８．８１６００．７０２００２５２．０２４６．１２９８．１４４２０．２０２００３３４９．２９１４０．４０４８９．６９９３６．３０２００４２３４．５１１１４．５５３４９．４６７６９．７０２００５２９５．８５１２０．０１４１５．８６８１０．７０２００６１０９．５６９０．２２１９９．７８５７０．１０２００７２８０．１９１０６．９３３８７．１１７７３．００２００８２２８．９６９９．７５３２８．７１７１１．８０２００９１７３．８０１１１．１６２８４．９５６８９．３０２０１０１９９．０８１１０．０４３０９．１２６９６．３０２０１１２３７．４９１１０．１２３４７．６１７４７．９０２０１２１８２．１７９１．９０２７４．０８６５０．８０２０１３１９１．０７１００．６４２９１．７０６８１．７０２０１４７６．６１７１．８３１４８．４４５１８．８０２０１５８４．３０８４．１４１６８．４４５７５．７０２０１６１２１．１８９９．１４２２０．３２６５８．３０２０１７１３９．１４８６．４７２２５．６１６３５．８０２０１８２３０．５８１１２．６７３４３．２５７８９．５０２０１９１１９．６６７５．５４１９５．２１５５８．９０２０２０２５９．８３１１５．４６３７５．３０８３８．１０２０２１３８１．８４１４３．４９５２５．３３９７９．９０１．２　系统动力学方法介绍
出现于１９５６年的系统动力学（ＳｙｓｔｅｍＤｙｎａｍｉｃｓ，ＳＤ）模型法是美国的Ｊ．Ｗ．Ｆｏｒｒｅｓｔｅｒ教授创立的，起初是用于企业生产与管理问题的一种定性与定量结合的仿真方法，后来逐步发展至各个领域，形成了一门新兴学科———系统动力学。

ＳＤ模型法通过分析系统行为与内在机制之间的关系而构建数学模型，获得系统产生变化的因果关系，从而对系统行为进
３
人民珠江２０２４年
行定量仿真。

在数学上主要使用微分方程组来描述系统动力学中的各个系统及其变量之间的关系。

一般而言，假设系统动力学模型中一共有ｎ个要素变量Ｖｉ（ｉ＝１，２，３，…ｎ），每个变量均在其定义域内为可微的函数，并且满足式（１），则这ｎ个要素变量构成一个系统。

若要考虑到依赖于时间和空间，则联立方程组就应该用偏微分方程表示。

式（１）表示了系统动力学的一般原理。

Ｖ１ ｔ＝ｆ１（Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎ
） Ｖｉ
ｔ＝ｆｉ（Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎ） Ｖｎ ｔ＝ｆｎ（Ｖ１，Ｖ２
，…，Ｖｎ ）（１）
在系统动力学的建模过程中，需要先把系统分成若干个相互关联的子系统，在此基础上再对各个子系统作进一步的描述，以使模型逐渐充实。

子系统由基本单元和一阶反馈回路组成，一阶反馈回路包括状态变量、速率变量和辅助变量这３种基本变量，而这３种变量则分别由状态方程、速率方程和辅助方程来表示。

另外还有一种叫做表函数的方程，表函数是用来表示那些无法用显性方程来表示变量之间关系的一种方程。

所有形式的系统都可以用这些方程来表示。

１．３　水资源生态足迹与生态承载力
根据水资源生态足迹的描述，生态足迹将如同其他各个账户，将消耗的水资源量转化为相应账户的生产面积———水资源用地面积，然后对其进行均衡化，最终得到可用于全球范围内不同地区可以相互比较的均衡值。

水资源生态足迹和水资源生态承
载力计算见式（２）、（３）［３５－３６］
：
ＥＦＷ＝ＴＰ×ｅｆｗ＝∑４ｉ＝１ＥＦＷｉ＝∑４
ｉ＝１αｗ×Ｕｉ
Ｐｗ
（２）
ＥＣＷ＝ＴＰ×ｅｃｗ＝０．４×αｗ
×θ×ＲＴＰｗ
＝０．４×αｗ×θ×ＲＳ＋ＲＧ
Ｐｗ
（３）
式中　Ｅ
ＦＷ———水资源生态足迹，ｈｍ２
；ｅｆｗ———人均水资源生态足迹，ｈｍ２／人；ＴＰ———总人口，
人；ＥＦＷｉ———第ｉ个部门水资源生态足迹，
ｈｍ２；Ｕｉ
———第ｉ个部门用水量，ｍ３，ｉ＝１～４表示农业、工业、生活和生态环境等部门；
αｗ———全球水资源均衡因子，取值５．１９［２］
；Ｐｗ———全球水资源平均生产能力，ｍ３／ｈｍ２，取值３１
４０ｍ３／ｈｍ２［２，１２］
；ＥＣＷ———水资源生态承载力，ｈｍ２
；ｅｃｗ———人均水资源生态承载力，ｈｍ２／人；θ———区域水资源产量因子，取值０．７［３５］；ＲＴ、ＲＳ和ＲＧ—
——水资源总量、地表水资源量和地下水资源量，
ｍ３
；０．４———在水资源生态承载力计算中需扣除用于生态和生物
多样性补偿面积后的可用水资源比例［２８］。

１．４　可持续水资源利用评价指标
可持续水资源利用指的是既能满足当代经济社会发展需求，又能保证子孙后代发展经济社会需求的水资源利用。

本文选取水资源生态盈亏、水资源生态压力指数、水资源生态经济协调指数和水资源生态足迹强度等指标，从不同的角度对山东省水资源可持续利用进行综合评价，见式（４）—（７）：
ＤＷ＝ＥＣＷ－ＥＦＷ＝ＴＰ×ｄｗ（４）ＩＷ＝
ＥＦＷ
ＥＣＷ（５）ＥＣＩ＝
ＥＦＷ＋ＥＣＷＥＦＷ２＋ＥＣＷ槡
２（６）ＥＦＩＷ＝ＥＦＷＧＤＰ
（７）
式中　Ｄ
Ｗ———水资源生态盈亏，ｈｍ２
；ｄｗ———人均水资源生态盈亏，ｈｍ２／人，正／负值代表水资
源生态盈余／
亏损，表明水资源可以／不可以继续利用，数值越大，这种可以／不可以继续利用的程度越高；ＩＷ———水资源生态压力指数，大于１表示水资源需求大于水资源供给，区域处于不安全的水资源利用状态，不安全程度与其数值大小成正比，小于１代表水资源需求小于水资源供给，区域处于安全的水资源利用状态，安全程度与其数值大小
４
第１期黄丽想，等：基于生态足迹和ＳＤ模型的山东省水资源可持续利用评价成正比；ＥＣＩ———水资源生态经济协调指数，取值范围为［１，１．４１４］，数值越大，社会经济与生态环境之间协调性越好，其数值越大／小，区域水资源生态协调性和安全性越好／
差；ＥＦＩＷ—
——水资源生态足迹强度，ｈｍ２
／万元，用来衡量区域水资源利用效率，值越小表示用水效率越高；ＧＤＰ———国内生产总值，万元。

１．５　山东省水资源利用ＳＤ模型
本文在文献［３４］构建并校准的山东省水资源
利用ＳＤ模型基础上进行研究。

图１是山东省水资源利用ＳＤ模型流图，展示了变量之间定量因果关系。

模型校准结果表明，除少数结果外（２０２１和２０２２年的工业需水量），农业需水量（包括灌溉需水量和牲畜需水量）、工业需水量、生活需水量和总需水量模拟值与历史值拟合的相对误差均在±５％以内（表２），而这２ａ工业需水量模拟值与历史值拟合误差仅为５．８６％和６．９１％，小于１０％，说明该ＳＤ
模型具有较好的模拟结果和较强的适用性［３７－３８］
，可
用于本文的研究。

图１　山东省水资源利用ＳＤ模型流图
Ｆｉｇ．１ＳＤｍｏｄｅｌｆｌｏｗｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ
１．６　模型数据的来源
模型参数有常数类、表函数和初始值等３类，本研究中使用的现状年份参数数据来自于山东省相关统计数据，包括《山东省统计年鉴》中的社会经济数据和各类增长率数据及《山东省水资源公报》中的水资源数据和用水定额数据。

这３类参数的数值根据山东省不同用水部门特点和对水资源可持续发展的需求，参考国内外相似研究区域的相关参数，依据山东省人口增长情况、经济发展水平、科技应用状况、水资源利用程度、工农业节水工艺和技术等因素的变化，综合评价并确定这些参数的数值。

２　结果与分析
２．１　水资源生态足迹及其组成
根据用水部门的不同，山东省水资源生态足迹分为生活用水生态足迹、工业用水生态足迹、农业用水生态足迹和生态用水生态足迹等４部分。

图２是山东省２００１—２０２２年水资源生态足迹变化曲线，从中可以看出，山东省水资源生态足迹整体呈波动下降的趋势，其中２００１—２００５、２００６—２００８、２００９—２０１４、２０１６—２０１７年为下降阶段，２００５—２００６、２００８—２００９、２０１４—２０１６、２０１７—２０２２年为上升阶段。

整个研究期山东省水资源生态足迹变化的趋势
５
人民珠江２０２４年
表２　山东省水资源利用ＳＤ模型模拟结果的相对误差
Ｔａｂ．２ＲｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｓｏｆＳＤｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ
％年份生活需水量工业需水量灌溉需水量牲畜需水量农业需水量
２００１－１．８６０１．１２０．６０１．０７
２００２－２．２０－１．６９０．６００．２７０．５９
２００３０．０８－１．４９０．９３０．３１０．８４
２００４－１．３４－１．４４－０．３５０．８９－０．１５
２００５－１．３５１．２９１．２８０．５９１．２２
２００６－１．６４－２．４８－０．６４０．９８－０．４４
２００７－２．０４－０．６６０．１９－１．８２－０．０７
２００８－２．８６－１．２６０．１２０．４４０．１５
２００９－０．６４２．５１１．７６－０．９３１．４２
２０１０－２．２７－２．３８０．５７－１．７４０．２８
２０１１－２．７４－１．６８－０．６１－２．０６－０．８２
２０１２－１．０４１．６０－１．１２－０．７６－１．０６
２０１３－１．２０－２．５３－１．１８－０．８５－１．１５
２０１４－０．１２－１．５０－０．５８０．４７－０．４２
２０１５－１．７０１．６２１．０５１．５１１．１２
２０１６１．１４０．３３１．６８－０．８１１．３４
２０１７２．１４－０．５９０．８８－１．１２０．６５
２０１８－１．１１２．９５－０．２４－０．９６－０．３４
２０１９－１．４９３．５６－１．２７－１．１２－０．６４
２０２０－２．５０４．７４－２．４１－１．２１－１．２４
２０２１－３．４６５．８６－３．６２－１．３０－１．８８
２０２２－４．３８６．９１－４．９２－１．４０－２．５５
可以由曲线ｙ＝０．０７３７ｘ４－３．６０９９ｘ３＋６０．６２６ｘ２－４０９．７１ｘ＋４５３７．３（Ｒ２＝０．８３４８）来刻画，由２００１年的４２０３．１４６万ｈｍ２下降为２０２２年的３６３５．７８３万ｈｍ２，降幅为１５．６％。

图３是山东省２００１—２０２２年各用水部门水资源生态足迹随时间变化的曲线，表３是山东省水资源生态足迹组成比例。

从图３、表３可以看出，山东省农业用水生态足迹占水资源生态足迹的比重（６１．６６％～７９．２１％）最高，呈波动下降的趋势，其变化的趋势可以由曲线ｙ＝－４１．２４８ｘ＋３０２２．３（Ｒ２＝０．８５９７）来刻画，下降速率为４１．２４８万ｈｍ２／ａ，由２００１年的３１３０．５２９万ｈｍ２下降到２０２２年２２４１．７８２万ｈｍ２，下降了３９．６４％；山东省生活用水生态足迹占水资源生态足迹的比重为５．９９％～１６．７６％，呈上升的趋势，其变化的趋势可以由曲线ｙ＝１３．６５５ｘ＋３４１．９１（Ｒ２＝０．８７１２）来刻画，上升速率为１３．６５５万ｈｍ２／ａ，由２００１年的３７４．２８２万ｈｍ２上升至２０２２年的６０４．２６１万ｈｍ２；山东省工业用水生态足迹占水资源生态足迹的比重为９．８１％～１６．７６％，先降后升，呈Ｕ型的变化趋势，其变化的趋势可以由曲线ｙ＝１．７６１３ｘ２－３６．８７２ｘ＋６１５．７１（Ｒ２＝０．６４８５）来刻画；而山东省生态用水生态足迹占水资源生态足迹的比重为０．１２％～５．７０％，呈缓慢上升的趋势，其变化的趋势可以由曲线ｙ＝
６
第１期黄丽想，等：基于生态足迹和ＳＤ模型的山东省水资源可持续利用评价９．２３０４ｘ－８．８４８２（Ｒ２
＝０．９３１８）来刻画，上升速率为９．２３０万ｈｍ２／ａ，由２００１年的５．６２０万ｈｍ２上升至２０２２年的１７５．５３４万ｈｍ２。

造成山东省各用水部门生态足迹变化的因素主要是社会经济的发展和人口的增长。

具体来说，经济发展和人口增长导致生活和工业用水生态足迹的增长以及对粮食需求的增长，从而导致农业用水生态足迹的稳定增长。

与此同时，随着节水技术的推广与用水效率的提高，山东省生活和农业用水生态足迹的增速低于工业用水生态足迹的增速，导致它们在水资源生态足迹中所占的比例在下降，而工业
用水生态足迹的占比则有所提高。

图２　山东省２００１—２０２２年水资源生态足迹变化曲线Ｆｉｇ．２Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓ
ｉｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｆｒｏｍ２００１ｔｏ２０２
２
图３　山东省２００１—２０２２年农业用水、工业用水、生活
用水和生态用水生态足迹变化曲线Ｆｉｇ．３Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｗａｔｅｒ，ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｔｅｒ，ｄｏｍｅｓｔｉｃｗａｔｅｒ，ａｎｄｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｗａｔｅｒｉｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｆｒｏｍ２００１ｔｏ２０２２
在农业用水、工业用水、生活用水和生态用水等部门的共同作用下，山东省水资源生态足迹呈波动下降的趋势。

山东省农业用水生态足迹占比最高且呈下降的趋势，说明农业领域是山东省节水的重点，农业部门采取的相关节水措施取得了较好的效果，农业用水效率得到了提高。

由于山东省经济发展较快，生活用水和工业用水生态足迹呈现上升的趋势，但上升的幅度较小，说明经济的快速发展并没有导致生活用水生态足迹和工业用水生态足迹的显著增长，这可能与生活和工业部门节水措施采用和用水效率提高有一定的关系。

由以上分析可知，２００１—２０２２年山东省水资源生态与社会经济的关系处于不断改善状态，这可能与山东省在产业结构调整、节水技术与措施的推进以及水资源利用效率的提升等方面所做努力息息相关。

２００１—２０２２年平均来看（表４），山东省农业用水、工业用水、生活用水和生态用水生态足迹分别为２５４７．９０８万、４９５．４９９万、４９８．９４８万、９７．３０１万
ｈｍ２。

灌溉用水生态足迹在农业用水生态足迹中占
主导地位，决定了农业用水生态足迹大小，其值
（
２２２０．４００万ｈｍ２）约是牲畜用水生态足迹（３２７．５０８万ｈｍ２）的６．７８倍。

城镇生活用水生态
足迹占据生活用水生态足迹的主导地位，其值
（
３４６．８６２万ｈｍ２）是农村生活用水生态足迹（１５２．０８６万ｈｍ２）的２．２８倍。

从以上分析可看出，
２００１—２０２２年山东省水资源利用趋向合理，农业用水效率的提高及农业节水技术的采用使得占比最大的农业用水生态足迹的比重在逐年下降，社会经济的发展与人口的增长使得工业与生活用水生态足迹的比重在提高，而生态环境用水生态足迹的比重则变化较缓慢。

７
人民珠江２０２４年
表３　山东省２００１—２０２２年水资源生态足迹组成比例
Ｔａｂ．３ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｆｒｏｍ２００１ｔｏ２０２２
％　
年份
生活用水
城镇农村小计
工业用水
农业用水
灌溉牲畜小计
生态用水
２００１５．０１３．８９８．９０１６．４８６６．５４７．９４７４．４８０．１３２００２３．４４２．５５５．９９１４．６９７０．２４８．９６７９．２１０．１２２００３６．４０４．４６１０．８６１４．１３６５．４３８．９５７４．３８０．６３２００４６．９０４．４８１１．３８１３．０８６４．６７１０．０８７４．７５０．７９２００５７．２９４．３７１１．６６１０．３５６７．３１９．５６７６．８７１．１１２００６７．１５４．０９１１．２５９．８１６８．５５９．２２７７．７７１．１７２００７７．８９４．４０１２．２８１０．９５６６．２０９．１０７５．３０１．４６２００８８．２７４．４６１２．７３１１．１３６５．０７９．３７７４．４３１．７０２００９８．７２４．５６１３．２８１１．３７６４．４７９．１１７３．５８１．７７２０１０９．１８４．６４１３．８２１１．８３６３．１０９．１５７２．２６２．０９２０１１９．７５４．６９１４．４５１３．２１５９．２２９．８９６９．１０３．２４２０１２１０．１４４．６０１４．７４１２．９６５９．８４９．４３６９．２７３．０２２０１３１０．７０４．６０１５．３０１３．０８５９．５９９．２１６８．８１２．８２２０１４１１．０９４．５４１５．６３１３．２２５９．４２９．０３６８．４５２．７１２０１５１０．９９４．１４１５．１３１４．０４５８．１９９．４２６７．６１３．２２２０１６１１．８７４．１２１６．００１４．１９５７．２２９．０６６６．２８３．５３２０１７１２．６４４．１１１６．７５１３．５８５５．１７８．７９６３．９６５．７０２０１８１２．７２４．０４１６．７６１５．７３５３．７８８．７４６２．５２４．９９２０１９１２．７７４．００１６．７６１５．７４５３．９３８．６１６２．５４４．９６２０２０１２．８２３．９０１６．７２１６．１２５３．８７８．３７６２．２４４．９２２０２１１２．８６３．８１１６．６７１６．５１５３．７９８．１６６１．９５４．８７２０２２１２．９１３．７１１６．６２１６．８９５３．６９７．９７６１．６６４．８３
表４　２００１—２０２２年山东省各部门用水生态足迹的平均值Ｔａｂ．４ＡｖｅｒａｇｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔｏｆｅａｃｈｔｙｐｅｏｆｗａｔｅｒｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｆｒｏｍ２００１ｔｏ２０２２
单位：万ｈｍ２
２．２　水资源生态足迹盈亏分析
水资源生态盈亏指的是水资源生态足迹与水资源生态承载力之间的大小关系，若一个地区的水资源生态足迹小于水资源生态承载力，则该地区存在水资源生态盈余，水资源处于可持续利用的状态，可以继续开发利用该地区的水资源；若一个地区的水资源生态足迹大于水资源生态承载力，则该地区存在水资源生态赤字，水资源处于不可持续利用的状态，不应该或需要谨慎开发利用该地区的水资源。

图４是山东省２００１—２０２２年人均水资源生态足迹、人均水资源生态承载力与人均水资源生态盈亏变化曲线。

从图可以看出，２００１—２０２２年山东省人均水资源生态足迹（均值为０．３７９０ｈｍ２／人）始终大于人均水资源生态承载力（均值为０．１０５９ｈｍ２／
８
第１期黄丽想，等：基于生态足迹和ＳＤ模型的山东省水资源可持续利用评价人），两者均呈缓慢下降的趋势，分别由２００１年的
０．４６４９、０．１２８８ｈｍ２
／人下降至２０２２年的０．３５７７、０．０９６８ｈｍ２／人，分别下降了２９．９８％、３３．０６％。

结
合以上两者，山东省２
００１—２０２２年人均水资源生态盈亏均为负值（均值为－
０．２７３１ｈｍ２
／人），即所有年份均存在水资源生态亏损。

山东省人均水资源生态亏损呈缓慢下降的趋势，从２００１年的
０．３３６１ｈｍ２／人下降至２０２２年的０．２６０９ｈｍ２
／人，
下降了２
８．８３％。

图４　山东省２００１—２０２２年人均水资源生态足迹、人均
水资源生态承载力与人均水资源生态盈亏变化曲线Ｆｉｇ．４Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｃａｐｉｔａｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔ，ｐｅｒｃａｐｉｔａｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄｐｅｒｃａｐｉｔａｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｆｉｔａｎｄｌｏｓｓｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｆｒｏｍ２００１ｔｏ２０２２
以上分析说明，由于在２００１—２０２２年水资源生态足迹大于水资源生态承载力，山东省水资源始终处于不可持续利用的状态，承受较大的水资源生态亏损压力，需采取更严格措施来压减水资源生态足迹，从而扭转水资源生态亏损局面。

然而从变化的角度来看，山东省人均水资源生态足迹和人均水资源生态盈亏均呈下降的趋势，说明山东省水资源生态亏损的程度和水资源不可持续利用的程度在不断地缓解，这是一个好的现象。

２．３　与中国其他地区的比较
与中国北方地区相比较（表５
），山东省人均水资源生态足迹显著低于宁夏回族自治区［
３９］
、内蒙古自治区［３９］、青海省［３９］、甘肃省［３９］
、全国平均水平［１３］、河南省［３９］和辽宁省［３０］，与山西省［３９］和陕西省［４０］的水平相当，高于北京市［１］的水平。

同时，
山东省人均水资源生态承载力处于偏下水平，显
著低于青海省［
３９］、陕西省［４０］、辽宁省［３０］
、河南省［３９］、内蒙古自治区［３９］和全国平均水平［１３］
，高于北京市［
１］、甘肃省［３９］、宁夏回族自治区［３９］
和山西省［３９］
，由此导致人均水资源生态盈亏则处于中等亏损状态，亏损量高于北京市［１］、辽宁省［３０］
、青海省［３９］、陕西省［４０］和全国平均水平［１３］。

以上分析
说明，山东省水资源利用压力很大，水资源生态亏损情况较严重，需要采取更有利措施才能缓解和消除这种现象。

２．４　水资源可持续利用评价与分析
表６列出了山东省２
００１—２０２２年可持续水资源利用评价指标结果。

从表６中可看出，２００１—２０２２年山东省水资源生态压力指数均大于１且呈上升的趋势，平均值为３．５８１，由２００１年的３．６１０上升至２０２２年的３．６９５，上升幅度为２．３５％，说明山东省在２００１—２０２２年会承受较大水资源生态压力，水资源处于不安全利用的状态。

２００１—２０２２年山东省水资源生态经济协调指数波动不大，平均值为１．２３２，由２００１年的１．２３１变化为２０２２年的１．２２７，说明山东省水资源的生态经济协调性较好，但离１．４１４的最佳生态经济协调度还有不少距离，需进一步加强山东省水资源生态经济协调性。

２００１—２０２２年山东省水资源生态足迹强度呈显著下降的
趋势，平均值为０．１４３ｈｍ２
／万元，由２００１年的０．４６２ｈｍ２／万元下降至２０２２年０．０４２ｈｍ２／万元，下
降幅度高达９０．９％，说明山东省的水资源利用效率得到了较大的提高。

现有研究表明，区域水资源利用问题本质上是社会经济发展的需求和水资源可持续发展之间的矛
盾［１１］
，水资源生态足迹和水资源生态承载力是衡量
水资源供需平衡及可持续利用的重要指标。

随着社会经济和科学技术的发展，整个社会对水资源的需求量会随之增大，导致人均水资源生态足迹的增
大［１１］，因而人均水资源生态足迹逐步下降是区域水
资源能保持可持续利用的重要标志。

与传统研究方法相比，通过采用定量化的ＳＤ方法对山东省水资源生态足迹进行核算，能够掌握该区域用水的结构与变化情况、水资源供需平衡与可持续利用状态以
９
人民珠江２０２４年
表５　中国北方不同区域人均水资源生态足迹、人均水资源生态承载力和人均水资源生态盈亏比较
Ｔａｂ．５Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｅｒｃａｐｉｔａｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔ，ｐｅｒｃａｐｉｔａｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄｐｅｒｃａｐｉｔａｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｆｉｔａｎｄｌｏｓｓｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎＮｏｒｔｈｅｒｎＣｈｉｎａａｒｅａｓ
单位：ｈｍ２／人
研究区域计算周期
人均水资源
生态足迹均值
人均水资源
生态承载力均值
人均水资源生态
盈亏量均值
青海省［３９］２００５—２０１８年１．１０７２．６７９１．５７２北京市［１］２０１０—２０１９年０．２９６０．０８１－０．２１５甘肃省［３９］２００５—２０１８年０．８９８０．０９９－０．７９９陕西省［４０］２０００—２０１７年０．３７２０．４５７０．０８５宁夏回族自治区［３９］２００５—２０１８年２．１９７０．００６－２．１９１内蒙古自治区［３９］２００５—２０１８年１．４１１０．１５５－１．２５６辽宁省［３０］２０１０—２０１９年０．５０９０．４３１－０．０７８山西省［３９］２００５—２０１８年０．４４８０．０３７－０．４１１河南省［３９］２００５—２０１８年０．５２３０．１８４－０．３３９全国平均［１３］２０００—２０２０年０．７２０１．２８００．５６０山东省（本研究）２００１—２０２２年０．３７９０．１０６－０．２７３
及节水措施实施的重点所在，进而为区域水资源可持续利用提供科学的建议和依据，这是本文的创新性所在。

对于山东省来说，农业部门是用水大户，也是重点节水对象，存在较大的节水空间。

为此，山东省需要在节水设施的推广、节水栽培技术的采用、用水效率的提升等方面投入大量的力量。

在生活用水方面，随着人口的不断增长，需要在民众节水意识的培养、对保护现有水资源的大力宣传及节水措施在全社会的普及等方面加大力度，让节约用水的意识和行为深入人心，才能更好更有效地促进区域水资源的可持续利用。

３　结论
水资源生态足迹和水资源生态承载力是区域水资源可持续利用的重要衡量指标。

本文在校准的系统动力学模型基础上，采用水资源生态足迹计算方法对山东省２００１—２０２２年的水资源生态足迹进行计算，通过水资源生态盈亏、水资源生态压力指数、水资源生态经济协调指数和水资源生态足迹强度等指标对山东省水资源可持续利用进行评价，能够得到以下结论。

ａ）２００１—２０２２年，山东省水资源生态足迹整体呈波动下降的趋势，其中农业用水生态足迹占水资源生态足迹的比重（６１．６６％～７９．２１％）最高，呈波动下降的趋势，下降速率为４１．２４８万ｈｍ２／ａ；生活用水生态足迹占水资源生态足迹的比重为５．９９％～１６．７６％，呈上升的趋势，上升速率为１３．６５５万ｈｍ２／ａ；工业用水生态足迹占水资源生态足迹的比重为９．８１％～１６．７６％，先降后升，呈Ｕ型的变化趋势；生态用水生态足迹占水资源生态足迹的比重为０．１２％～５．７０％，呈缓慢上升的趋势。

ｂ）２００１—２０２２年，山东省人均水资源生态足迹（均值为０．３７９ｈｍ２／人）始终大于人均水资源生态承载力（均值为０．１０６ｈｍ２／人），两者均呈缓慢下降的趋势；人均水资源生态盈亏均为负值（均值为－０．２７３１ｈｍ２／人），即所有年份均存在水资源生态亏损，且人均水资源生态亏损呈缓慢下降的趋势。

山东省水资源始终处于不可持续利用的状态，承受较大的水资源生态亏损压力。

ｃ）与中国北方地区相比较，山东省人均水资源生态足迹和人均水资源生态承载力均处于偏下的水平，显著低于大部分地区和全国平均水平，由此导致人均水资源生态盈亏处于中等亏损状态，山东省水
０１。