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可持续发展的本质是寻求有效利用资源、保护生态环境、促进经济发展、实现社会和谐.水资源作为自然资源和环境不可或缺的部分，也是珍贵的经济资源，在可持续发展思想体系中占据重要位置[1-2].近年来我国经济发展迅速，如果一个地区水资源短缺和污染严重，势必影响社会经济发展和城市化推进.为了建设“人水和谐”的社会，必须强化区域水资源可持续发展的研究[3].生态足迹理论是一种基于土地空间面积占用来计量区域可持续发展程度的自然资产综合核算工具[4-6].生态足迹也称“生态占用”，主要是从消费者的角度出发，操作性强、视角新颖，是评价可持续性发展与利用的有效方法[7]，王文国等[8]、黄林楠等[9]对此进行了完善和补充，在生态足迹计算中归入水资源用地，建立了水资源生态足迹的计算模型.
近年来众多学者基于水资源生态足迹的基本原理和计算模型从不同角度对区域水资源生态足迹动态特征和可持续利用情况进行了定量分析和评价.孟丽红等[10]、王文国等[4]、卢艳等[11]等分别计算并分析了江西省、重庆市、河南省水资源生态足迹、生态承载力动态变化特征；赵春芳等[12]、王文国等[8]、李赫龙等[13]、杨倩等[14]从时空角度分别对浙江、四川、福建、湖北省等地水资源生态足迹时空格局进行了分析；晓兰等[15]、王荣森等[16]从对比的角度分别对内蒙古东部、安徽省和江苏省水资源生态足迹进行了对比研究；周悦等[17]、方伟成等[18]运用水资源生态足迹模型分别对辽宁省和东莞市水资源可持续利用进行了研究.青岛市是山东省经济中心，也是一个严重缺水的海滨城市.本文采用水资源生态足迹模型，借鉴水资源生态足迹的相关研究和分析方法，结合水资源利用效率指数、水资源生态压力指数和水资源可持续指数，利用青岛市2011年到2017年水资源相关数据，定量计算和分析青岛市水资源生态足迹及生态承载力变化趋势和水资源可持续利用状况，以期为加速青岛市经济增长、提高青岛市水资源可持续利用效率和对水资源进行科学管理提供理论支撑.
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青岛地理位置位于119°30′E-121°00′E、北纬35°35′N-37°09′N，地处山东半岛东南部，靠近黄海，总面积为11 282 km2，是山东省特大城市.城市地势东高西低，属温带季风气候，具有明显的海洋性特征，温和湿润，雨热同季，年平均气温12.8 ℃，年平均降水量为664.4 mm，季节变化明显，在春季、初夏和晚秋经常发生干旱[19].境内河流有224条，分三大水系，依次为大沽河、北胶莱河以及沿海诸河流.多年平均水资源总量为21.48×108 m3，2017年人均水资源为137.6 m3，仅占全国平均水平的6.5%，是中国北方最严重的缺水城市之一. 表 1为2011-2017年青岛市社会经济及用水量.由表 1可知，从2011年到2017年，青岛市GDP增长了66.83%，经济增长迅速，发展潜力很大；年末常住人口增长了5.63%；水资源总量却减少了38.94%.
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水资源生态足迹模型建立在生态足迹模型基础之上，它指将某一地区消耗的水资源量转换为相应账户的水资源用地面积.根据青岛市水资源利用现状，本文将水资源生态足迹分为5个二级账户，即农业用水、工业用水、城镇公共用水、生活用水和生态环境用水生态足迹[10]，其计算模型分别如下：
式中：WEFW为水资源总生态足迹(hm2)；N为年末常住总人口数；wefw为人均水资源生态足迹(hm2/人)；γw为水资源的全球均衡因子；W为消耗的水资源总量(m3)；Pw为水资源全球平均生产能力(m3/hm2)；WEFA为农业用水生态足迹；Wa为农业用水总量；WEFI为工业用水生态足迹；Wi为工业用水总量；WEFC为城镇公共用水生态足迹；Wc为城镇公共用水总量；WEFD为生活用水生态足迹；Wd为生活用水总量；WEFE为生态环境用水生态足迹；We为生态环境用水总量.公式中涉及2个参数γw和Pw，参照黄林楠等[9]的研究成果，γw为全球水资源均衡因子，其值为5.19；Pw为全球水资源平均生产能力，采用水文学中产水模数来表示，可以定义为全球多年平均产水模数，其值为3 140 m3/hm2.
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水资源承载力是某区域特定历史发展阶段对社会经济发展的最大支撑能力[20-21]，本文基于生态足迹理论的水资源生态承载力模型来定量分析水资源生态承载力.据相关研究[9]，为了达到生态环境可持续发展，一个区域的水资源开发利用率不得高于30%~40%，必须扣除60%来确保生态环境良性循环，所以在计算时要乘系数0.4，其计算模型为：
式中：WECW为水资源生态承载力(hm2)；N为年末常住总人口数；wecw为人均水资源承载力(hm2/人)；ψ为区域水资源的产量因子；γw为水资源的全球均衡因子；Q为水资源总量(m3)；Pw为水资源全球平均生产能力(m3/hm2).区域水资源的产量因子，即区域水资源平均生产能力/世界水资源平均生产能力，2011-2017年青岛市水资源平均生产能力约为111 420 m3/hm2，世界水资源平均生产能力为3 140 m3/hm2，计算得到2011年到2017年青岛市水资源产量因子，其值约为0.35.
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水资源生态足迹代表消耗区域水资源，水资源生态承载力代表区域发展的水资源支撑能力，因此比较两者的值，即可得到水资源生态盈余/赤字，该指标能够用来分析区域内水资源的可持续利用情况，其计算公式如下：
式中：若WECW>WEFW时，表示出现了水资源生态盈余；WECW=WEFW时，为水资源平衡状态；WECW < WEFW时，表示出现了水资源生态赤字；N为年末常住总人口数.
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万元GDP是指区域内水资源生态足迹与GDP的比值，可以根据这个比值的大小来比较区域内水资源的利用效率.其计算公式为：
式中：WUEI为水资源利用效率指数；若比值越小，则水资源的利用效率越高；反之越低[22].
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水资源生态压力指数能够显示某区域受到的生态压力强度，并以此来衡量区域水资源生态安全程度，能够看出该区域水资源生态需求与供给的关系[22]，其计算公式为：
式中：WEPI为水资源生态压力指数；当WEPI>1时，WEPI越大，说明区域水资源消费量大于水资源供给能力，水资源生态压力越大，处于生态不安全状态；当WEPI < 1时，WEPI越小，说明区域水资源供给量高于水资源消费量，水资源供给能力能满足社会经济发展的需求，区域水资源生态压力越小，处于生态安全状态.
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水资源可持续指数是用来评价区域水资源可持续发展利用程度，其计算公式[18]为：
式中：WESI为水资源可持续指数；0 < WESI < 1，WESI值越大，则水资源可持续发展利用程度越高；WESI值越小，水资源可持续发展利用程度越低，0.5是水资源是否可持续利用的分界点.借鉴方伟成等[18]的研究，将水资源可持续指数划分为以下6个等级类型，如表 2.
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文中涉及的青岛市年末常住总人口数(N)、青岛市GDP数据来源于《青岛市统计年鉴(2011-2016年)》与《青岛市国民经济和社会发展统计公报(2017年)》；水资源总量等相关水资源数据来源于《青岛市水资源公报(2011-2017年)》.
2.1. 水资源生态足迹模型
2.2. 水资源生态承载力模型
2.3. 水资源生态盈余/赤字
2.4. 水资源利用效率指数
2.5. 水资源生态压力指数
2.6. 水资源可持续指数
2.7. 数据来源
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由图 1可知，青岛市总水资源生态足迹总体上呈现先下降后上升的波动状态. 图 2为青岛市各账户水资源生态足迹.由图 2可知青岛市平均农业用水生态足迹5.382×105 hm2，占总生态足迹的32.95%，总体为减少趋势. 2011-2014年农业用水生态足迹在总水资源生态足迹中比重最大，2014-2017年比重开始下降.究其原因，一方面是因为青岛持续干旱，另一方面地方政府认真落实最严格水资源管理制度，将2016年度水资源管理“三条红线”控制目标分解下达到各区市，建立了市、县二级的“三条红线”指标控制体系，并大力发展高效节水农业.生活用水生态足迹平均为4.843×105 hm2，占总生态足迹的29.71%，生活用水生态足迹除2014年、2015年有所下降外，总体呈现为上升的趋势，从2015年开始，生活用水生态足迹高于农业用水生态足迹，说明居民生活用水开始逐渐占据用水总量的主要部分.工业用水生态足迹平均为3.273×105 hm2，占总生态足迹的20.04%，工业用水生态足迹历年变化不大，总体呈上升趋势.城镇公共用水生态足迹平均为1.630×105 hm2，占总生态足迹的9.98%，历年变化不大.生态环境用水生态足迹总体呈现上升趋势，平均为1.082×105 hm2，占总生态足迹的6.63%，7年间上升了42.39%，说明青岛市政府越来越重视生态环境的治理.
从青岛市水资源生态承载力历年变化趋势来看(图 1)，水资源生态承载力总体为减少趋势，最高年份2011年为4.842×105 hm2，而最低的年份2015年仅为1.585×105 hm2.由图 3得到青岛市水资源生态承载力与降水量之间相关系数约为0.87，说明青岛市水资源生态承载力的变化受降水量的影响很大. 2014年到2016年，青岛市遭遇持续干旱，降水量明显比往年减少，工程蓄水严重不足，供水形势极为严峻，水资源生态承载力也明显降低.
图 4为2011-2017年青岛市水资源生态承载力构成变化图，由图 4可知，2011-2017年青岛市地表水资源生态承载力与地下水资源生态承载力相差不大，但是不同年份数值大小不一样.青岛地下水开发利用程度较高，供水条件丰富的地区基本已被开发利用，20世纪末实际开采量达到可开采量的90%[23-24]. 2011-2013年青岛市地表水资源生态承载力大于地下水资源生态承载力，而2014-2016年地表水资源生态承载力小于地下水资源生态承载力，这是由于大气降水是青岛市地表水资源的主要来源. 2014-2016年青岛市遭遇持续干旱，降水量较多年分别平均偏小11%，36%，22%，尤其是2015年全市降水量为426.6 mm，是1982年以来降水最少的年份.
表 3是青岛市2011-2017年供用耗水量情况，由表 3可知，在供水量中，地表水、地下水、其他平均占比分别为63%，31%，6%，地表水源供水来自蓄水、引水和提水工程及跨流域调水.引水工程和提水工程供水量变化较小，而蓄水工程总量总体上在不断减少，2011年到2017年蓄水工程地表水源供水量占比由66%下降到15%，而跨流域调水供水量逐年增加. 2011-2015年主要是引黄河水，而2016-2017年既引黄河水又引长江水，2011年到2017年跨流域调水供水量占地表水源供水量的比由24%上升到74%，说明青岛市对客水依赖度越来越大.跨流域调水已经成了青岛市地表水的主要来源，目前解决青岛市水资源不足的根本出路就在于节水和跨流域调水.青岛市地表水资源除来自大气降水，更重要的来源便是跨流域调水，说明青岛市地表水资源生态承载力和跨流域调水有密切关系.
利用水资源生态足迹和水资源生态承载力模型计算得到表 4.由表 4可知，青岛市人均水资源生态足迹总体呈先下降后上升的波动趋势，7年间青岛市人均水资源生态足迹达0.181 hm2/人，远小于我国平均水平(0.81 hm2/人)，总体呈下降趋势.人均水资源生态承载力整体为下降趋势，从2011年的0.055 hm2/人下降到2017年的0.032 hm2/人，年均下降率为5.97%，2015年最低，为0.017 hm2/人，7年间青岛市人均水资源生态承载力为0.032 hm2/人，远小于我国平均水平(1.26 hm2/人).这主要是因为人均水资源生态承载力受降水量影响，由于持续干旱，降水量减少，青岛市水资源总量呈波动下降趋势，因此人均水资源生态承载力减少.由表 4可以看出青岛市7年都处于人均水资源生态赤字，说明青岛市水资源的开发利用不能满足其现有的需要，应从外部调水来弥补其欠缺的水资源.
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图 5为2011-2017年青岛市水资源万元GDP生态足迹变化趋势图.由图 5可知，青岛市水资源万元GDP生态足迹整体上呈下降趋势，7年间青岛市水资源万元GDP生态足迹平均值为0.019 hm2，从2011年的0.025 hm2下降到2017年的0.014 hm2，年均下降率为6.29%，说明青岛市水资源利用效率在逐年提高.原因在于：①不断优化调整产业结构，改善粗放型发展模式；②努力抓好水资源管理保护，不断推进节水型社会建设，认真落实最严格水资源管理制度；③加强农田节水灌溉工程建设，农村水利建设取得了新成效.
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由图 6可知，2011-2017年青岛市水资源生态压力指数总体上呈现先上升后下降趋势，2011-2016年青岛市水资源生态压力指数在不断上升，6年上升了179.55%，说明6年间青岛市水资源生态压力在不断上升，水资源消费量大于供给能力，处于生态不安全状态. 2016-2017年水资源生态压力指数出现大幅度下降，下降了45.18%，水资源生态压力有所缓解，仍然处于生态不安全状态. 2011-2017年7年间水资源生态压力指数都远远大于1，最高年份为2016年，达到9.622，说明水资源供给能力不能满足社会经济发展的需求.青岛市近年来经济发展迅速，2011年到2017年国民生产总值由6 615.60亿元上升到11 037.28亿元，除农业用水量有所下降，工业用水以及生活用水量都在增加，而青岛降水偏枯，是资源型缺水城市，因此水资源供需矛盾日益加剧，水资源与经济、社会、环境发展不协调，水资源产生危机.
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图 7为青岛市水资源可持续指数.由图 7可看出，水资源可持续指数总体上呈现先下降后上升趋势，以2016年为上升的转折点，最高值为2011年的0.225，最低值为2016年的0.094. 2011年水资源可持续指数处于0.2~0.34之间，说明水资源处于中不可持续状态，2012-2017年WESI值都小于0.2，说明水资源处于“强”不可持续状态，青岛市水资源处于不可持续状态.因此，为保证青岛市水资源可持续发展，需要不断提高水资源利用效率，发展循环经济，节约用水，加强节水技术和用具的推广.
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青岛市是一个资源型缺水城市，水资源总量少，2011年到2017年青岛市处于水资源赤字状态，人均水资源承载力远远小于全国平均水平，处于不可持续状态.为实现青岛市水资源可持续利用与发展，根据青岛市水资源面临的具体问题提出以下建议：
1) 控制城市发展规模.青岛市生活用水总生态足迹在2011-2017年间占总数的29.71%，比重较大，居民生活用水开始逐渐成为占据用水总量的主要部分，应该控制城市规模.只有资源与城市规模相匹配，城市才能健康发展.
2) 采用多种方式扩展水源.由于青岛市水资源总量少，水资源生态承载力呈减少趋势，不同年份都处于不同程度的生态赤字.因此可以从水资源来源入手解决水资源短缺的矛盾.扩展水源的方式主要有：①加快调水和水源工程建设，如引黄入青、南水北调等工程；②发展循环经济，提高污水净化技术，实现污水处理后再利用，提高工业用水重复利用率，加大中水回用力度，制定中水利用政策，并严格执行；③强化雨水收集设施，规划雨水利用建设系统；④充分利用青岛作为海滨城市的优势，可以采取海水代用和海水淡化的方式增加水的来源.
3) 树立全社会节水观念，抓好水资源管理保护.青岛市水资源生态处于不安全和不可持续状态，要采取相应措施提高水资源利用效率.认真落实最严格水资源管理制度，加强农田节水灌溉工程建设，抓好中小河流治理工作，提高河流水生态平衡，抓好小流域治理，提高水土保持工作水平；大力宣传节约用水，树立节水观念，推广节水、清洁用水治理污染等新技术，建立节水型社会.
3.1. 2011-2017年青岛市水资源生态足迹和生态承载力分析
3.2. 青岛市水资源可持续发展能力分析
3.2.1. 水资源利用效率分析
3.2.2. 水资源生态压力指数分析
3.2.3. 水资源可持续指数分析
3.3. 青岛市水资源可持续发展建议
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1) 2011-2017年青岛市总水资源生态足迹整体上呈先下降后上升波动状态，人均水资源生态足迹为0.181 hm2/人，远小于我国平均水平，总体呈下降趋势.总水资源生态承载力和人均水资源生态承载力总体呈减少的趋势，人均水资源生态承载力从2011年的0.055 hm2/人下降到2017年的0.032 hm2/人，年均下降率为5.97%.人均水资源生态承载力达0.032 hm2/人，远远小于我国平均水平. 7年间人均水资源生态足迹都大于人均水资源生态承载力，不同年份都处于人均水资源生态赤字.青岛市水资源生态承载力的变化受降水量影响很大，对客水依赖度也越来越大，跨流域调水已经成了青岛市地表水的主要来源.
2) 2011-2017年青岛市水资源万元GDP生态足迹整体上呈下降趋势，年均下降率为6.29%，水资源利用效率在逐年提高.水资源生态压力指数7年间水资源生态压力指数都大于1，表明青岛市水资源处于不安全状态.水资源可持续指数总体上呈现先下降后上升趋势，2012-2017年水资源可持续指数都小于0.2，水资源处于强不可持续状态.水资源供需矛盾不断加剧，水资源与经济、社会、环境发展不协调，水资源产生危机.