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水是重要的自然资源,也是人类社会生存和发展的根本保障。山西省地处我国华北地区西部,其水资源一直存在着总量不足、分布不均等问题。伴随着社会经济的发展,不仅水资源短缺问题日趋严重,水质恶化问题也日渐突出。因此,充分掌握山西省水资源利用现状,明确其水量、水质的时空变化特征,可以为山西省水资源管理政策和措施的科学制定提供理论支持,实现水资源的可持续利用。本文以水生态足迹理论为基础,以水足迹计算结果作为水量生态足迹计算的数据基础,将虚拟水消耗纳入水量生态足迹核算中。同时将农业面源污染纳入水质生态足迹的计算中。分别对山西省的水量、水质生态足迹进行计算分析。再结合水资源生态赤字、水生态足迹深度、水生态足迹广度等指标分别对山西省水量、水质生态足迹进行评价,并分析其对水资源流量资本和存量资本的占用情况,全面分析山西省水生态足迹的时空分布特征。在此基础上,探讨了水生态足迹变化与人口、经济因素之间的关系,并对其发展趋势进行预测。研究结果表明:(1)2007-2016年,山西省水足迹整体呈上升趋势。10年间,全省人均水足迹平均值为731.22 m~3/人。11个行政区间的水足迹存在显著差异,其中,运城市最高,阳泉市最低。水足迹组成结构相对稳定,水足迹的增长主要来自于农业用水的增加。10年间山西省保持较高的水资源自给率,平均值为98.97%。研究期内,水足迹经济效益由28.13元/m~3上升到43.23元/m~3。其中,2007-2011年属于快速上升期,2011-2016年则变化不明显,水资源利用效率平稳。山西省水资源压力指数由2007年的1.96上升到2016年的2.24。各行政区10年间的水资源压力指数均大于1。(2)2007-2016年,山西省水量生态足迹平均值为4320.19万hm~2,整体上表现为缓慢上升的趋势。11个行政区中,历年最高值均出现在运城市,历年最低值均出现在阳泉市。10年间人均水量生态足迹平均值为1.209hm~2。其中最高值为2014年的1.373hm~2,最低值为2007年的0.993hm~2。2007-2016年,山西省及11个行政区水资源利用均表现为赤字状态。其中,2007-2014年间水量生态赤字表现为逐步上升的趋势,2014-2016年间有缓慢下降。说明山西省水资源量不能满足用水需求,水量生态足迹广度等于水资源生态承载力,流量资本被全部占用。水量足迹深度10年间保持在一个相对稳定且较高的水平,平均值为28.37。研究期内,山西省各行政区水资源承载力平均值为152.26万hm~2。其中最高值为2016年的191.87万hm~2,最低值为2009年的122.66万hm~2。整体上较为稳定,但地区差异明显。10年间山西省人均水资源生态承载力平均值为0.043hm~2,表明山西省水资源处于严重短缺状态。(3)2007-2016年,山西省农业面源污染COD(化学需氧量)、总氮、总磷的年均排放量分别为74.09万吨、9.25万吨、0.95万吨。在四个计算账户中,水产养殖业和种植业排放量较小,污染物排放主要来自农村生活账户和畜禽养殖账户。11个行政区中,历年COD、总氮、总磷排放最大值均出现在运城市,最低值均出现在阳泉市。山西省2007-2016年总等标污染负荷平均值为885.88亿m~3。农业面源污染贡献度由大到小依次为:总氮>总磷>COD。11个行政区的年均等标污染负荷比由大到小依次为:运城市>吕梁市>临汾市>晋中市>长治市>忻州市>大同市>晋城市>朔州市>太原市>阳泉市。研究期内,农村生活账户的等标污染负荷有所下降,其余三个账户的等标污染负荷均有不同程度上升。(4)2007-2011年山西省水质生态足迹持续上升,2011-2016年则开始缓慢下降,2016年水质生态足迹为1644.3万hm~2。10年间农业面源污染的水质生态足迹占比持续上升。研究期内,山西省水质资源利用均处于赤字状态,不能满足消纳水体污染物的需求。水质生态足迹广度同样等于水资源承载力。水质足迹深度整体表现平稳,平均值为10.51。(5)水质、水量生态足迹与人口、经济发展之间的Pearson相关性分析结果显示,四个经济指标与山西省水量、水质生态足迹均表现为显著正相关。而水量、水质生态足迹与乡村人口之间均呈现显著负相关,相关系数分别为-0.935和-0.734。城镇人口和总人口两项指标与水质、水量生态足迹表现为正相关关系。(6)采用ARIMA(1,2,3)模型对水量、水质生态足迹发展趋势的预测表明,水量生态足迹自2016年起将表现出先升后降的趋势,2017年预测值上升至4957万hm~2,2017-2021年将出现持续下降,2021年预测值为4204.47万hm~2。水质生态足迹自2016年起表现出稳定下降的趋势,2021年预测值将下降至881.84万hm~2。最后,根据以上数据计算分析结果,结合山西省水资源利用现状,分别从水量、水质两个方面提出了一些山西省水资源的可持续利用建议。主要包括:提高农业、工业水资源利用效率;加大虚拟水贸易;提高人民节水环保意识;加强水利工程建设和跨流域调水等水量管理措施。加强农村生活污水管控;畜禽养殖、种植业污水集中处理;农药、化肥施用量的科学管理以及进一步加强工业污水排放管理和减少城镇生活污水排放的水质管理措施。