2005～2014年山東省水資源承載力評價(jià)

蔣賢棟 聶兵兵

摘要[目的]研究山東省水資源承載力狀況。[方法]根據(jù)2005～2014年《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《山東省水資源公報(bào)》等，選取總?cè)丝凇⒊擎?zhèn)化率、水資源總量等14個(gè)指標(biāo)，建立水資源承載力指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析法計(jì)算主成分的特征值和貢獻(xiàn)率，得到影響山東省水資源承載力的兩大主成分因子，并對2005～2014年的水資源承載力趨勢進(jìn)行評價(jià)。[結(jié)果]在水資源相對短缺的情況下，2005～2014年山東省水資源承載力呈逐年上升趨勢，原因可能與人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源綜合利用現(xiàn)狀有關(guān)。[結(jié)論]轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和運(yùn)用科學(xué)技術(shù)可有效緩解水資源壓力，提高水資源承載力。

關(guān)鍵詞 水資源承載力；主成分分析；山東省

中圖分類號 S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）09-103-03

Abstract[Objective]The aim was to study water resource carrying capacity status in Shandong Province.[Method]According to Statistical Yearbook of Shandong Province during 2005-2014 and Bulletin of Water Resources in Shandong Province， selecting 14 indicators such as total population， urbanization rate， total amount of water resources， the indicator system was established， the characteristic value and contribution rate of principle component was calculated by using principle component analysis method. Two principle component factors influencing water resource carrying capacity in Shandong Province were obtained， the tendency during 2005-2014 was evaluated.[Result]Under the situation of water resource relative shortage， the carrying capacity increased year by year from 2005 to 2014， which may be related to population， economic development and comprehensive utilization status of water resource.[Conclusion]Transforming the economic development mode and applying science and technology can effectively alleviate the pressure of water resources and improve the carrying capacity of water resources.

Key words Water resource carrying capacity； Principle component analysis； Shandong Province

隨著人口的快速增長和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水資源已成為制約社會發(fā)展的“瓶頸”。如今工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展對水的依賴程度越來越高，因此水資源承載力成為制訂地區(qū)發(fā)展規(guī)劃的指標(biāo)和尺度。水資源承載力的大小對一個(gè)國家或地區(qū)的綜合發(fā)展有很大的影響。近年來，為了實(shí)現(xiàn)水資源與人口、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的相協(xié)調(diào)發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對水資源承載力進(jìn)行了研究[1-3]，但至今尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識[4] 。1998 年美國URS 公司運(yùn)用數(shù)學(xué)分析方法對佛羅里達(dá)Keys 流域的水資源承載力進(jìn)行了首次研究[5] 。我國水資源承載力的研究起步相對較晚，1985年新疆水資源軟科學(xué)課題組首次對新疆流域的水資源承載力進(jìn)行了研究。近年來， 我國學(xué)術(shù)界對區(qū)域水資源承載力定性與定量研究取得了較大進(jìn)展。閔慶文等[6]采用模糊綜合評價(jià)法，對山西省河津市水資源承載力變化趨勢進(jìn)行了分析；夏軍等[7]以“自然-人工”水循環(huán)為基礎(chǔ)，以可持續(xù)發(fā)展作為控制目標(biāo)，采用目標(biāo)綜合分析與多級灰關(guān)聯(lián)評價(jià)相結(jié)合的方法，研究了城市水資源和生態(tài)與環(huán)境問題；陳凱等[8]分別建立RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊層次綜合評價(jià)模型，對汕頭市水資源承載力狀況進(jìn)行了研究，比較得出了適用性更強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用主成分分析法對2005～2014年山東省水資源承載力進(jìn)行了動態(tài)研究，并評價(jià)了其發(fā)展趨勢，以期為提高山東省水資源承載力提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

山東省位于我國東部沿海、黃河下游流域，其境域由半島和內(nèi)陸兩部分組成，全境總面積約15.8萬km2，約占全國總面積的1.642%。屬暖溫帶季風(fēng)氣候類型，多年平均氣溫10～15 ℃，平均年降水量680.5 mm，平均水資源總量303.1億m3，其中地表水資源量197.9億m3，平均地下水資源量165.3億m3（地表水、地下水的重復(fù)計(jì)算量59.8億m3）。該省主要利用的客水資源是黃河水，每年流入境內(nèi)的水量為360.1億m3，一般來水年份可引用黃河水量達(dá)70.0億m3。

1.2 研究方法

水資源承載力的研究方法主要有主成分分析法[9] 、系統(tǒng)動力學(xué)法[10]、常規(guī)趨勢法[9]、多目標(biāo)決策法、投影尋蹤法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、全口徑層次化評價(jià)方法、壓力-狀態(tài)-相應(yīng)模型、因子分子、生態(tài)足跡法等。其中，主成分分析法是一種數(shù)學(xué)變換方法，是從數(shù)學(xué)角度對原有變量進(jìn)行線性變換并舍棄其中一部分信息，其主旨是利用降維的思想，將多個(gè)單指標(biāo)轉(zhuǎn)化成幾個(gè)綜合指標(biāo)，這些綜合指標(biāo)同時(shí)又能反應(yīng)原來多指標(biāo)的信息和避免主觀隨意性。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用主成分分析法，從時(shí)間角度，對2005～2014年山東省水資源承載力進(jìn)行綜合評價(jià)。

1.3 指標(biāo)選取 在構(gòu)建山東省水資源承載力指標(biāo)體系的過程中，選取的指標(biāo)能夠從不同方面、不同角度客觀地反映山東省區(qū)域水資源供需關(guān)系及開發(fā)利用狀況。根據(jù)山東省水資源利用的現(xiàn)實(shí)情況及特點(diǎn)，依據(jù)《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2005～2014）、《山東省水資源公報(bào)》（2005～2014）及相關(guān)資料，并按照選取水資源承載力評價(jià)指標(biāo)的原則，選取了14個(gè)指標(biāo)因子對2005～2014年山東省水資源承載力進(jìn)行了分析。具體指標(biāo)：①X1 總?cè)丝冢ㄈf人）；②X2 生產(chǎn)總值（億元）；③X3固定資產(chǎn)投資（億元）；④X4萬元GDP用水量（m3）；⑤X5城鎮(zhèn)化率（%）；⑥X6供水總量（億m3）；⑦X7水資源總量（億m3）；⑧X8地表水資源（億m3）；⑨X9降水量（億m3）；⑩X10工業(yè)用水量（億m3）；B11X11農(nóng)業(yè)用水量（億m3）；B12X12生活用水量（億m3）；B13X13污水排放量（萬t）；B14X14有效灌溉面積（千hm2）。

主成分分析步驟：①因各項(xiàng)指標(biāo)選取不同，為了消除其量綱的影響，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；②計(jì)算數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的相關(guān)系數(shù)；③求相關(guān)矩陣的特征值及特征向量；④計(jì)算累計(jì)貢獻(xiàn)率，一般是按累計(jì)貢獻(xiàn)率≥85%的原則確定主成分?jǐn)?shù)；⑤以各主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)數(shù)，對各年水資源承載力進(jìn)行綜合分析。

2 結(jié)果與分析

運(yùn)用SPSS軟件對2005～2014年山東省水資源承載力進(jìn)行主成分分析，得出相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值、貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率（表1、2）。

由表3可知，從主成分載荷分析，第1主成分與總?cè)丝跀?shù)（X1）、城鎮(zhèn)化率（X5）、國內(nèi)生產(chǎn)總值量（X2）、固定資產(chǎn)投資（X3）、萬元GDP用水量（X4）等之間存在很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，可以認(rèn)為這些指標(biāo)反映的是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口與山東水資源的開發(fā)利用情況，說明山東省轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略、節(jié)水措施的實(shí)施對水資源承載力有巨大影響。第2主成分與水資源總量（X7）、地表水資源（X8）、降水量（X9）有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，可以認(rèn)為這些指標(biāo)反映的是水資源的稟賦情況，說明了水資源總量對水資源承載力的影響。

根據(jù)表5的結(jié)果，為了更好地分析第1主成分、第2主成分與水資源承載力的關(guān)系以及2個(gè)主成分之間的關(guān)系，筆者進(jìn)行了偏相關(guān)分析、2個(gè)變量之間的相關(guān)分析，結(jié)果表明：第1主成分與第2主成分的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.992，這說明社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的變化與水資源的稟賦有很大關(guān)系；承載力總分與第1主成分的偏相關(guān)系數(shù)達(dá)0.991，與第2主成分的偏相關(guān)系數(shù)達(dá)0.915。這說明水資源的承載力和社會的發(fā)展水平、人口的變化之間的關(guān)系明顯大于與水資源稟賦之間的關(guān)系。因此，水資源的充足與否并不能全部代表水資源承載力的大小，水資源承載力的水平還與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及人口增長有著很大關(guān)系。

由表5和圖1可知，2005～2014年山東省水資源承載力逐年上升。原因可能是山東省近10年經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，國內(nèi)生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資、工農(nóng)業(yè)用水量等呈現(xiàn)上升趨勢，這些因素既對水資源承載力產(chǎn)生壓力，同時(shí)也是促使其提高水資源承載力的動力。隨著經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水資源利用效率不斷提高，人們的環(huán)保、節(jié)水意識逐漸增強(qiáng)，水資源承載力逐年上升。

近10年來，山東的人口平穩(wěn)增長、經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的實(shí)施和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了該省工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)總值增長了4倍多，固定資產(chǎn)增長了約8倍。固定投資資產(chǎn)中用于農(nóng)林、農(nóng)田水利方面的基礎(chǔ)設(shè)施、城市生活廢污水處理設(shè)施以及江河治理等環(huán)保工程和生態(tài)水利工程的比重逐年升高，使得山東省水資源的承載力逐漸增強(qiáng)，這都有利于山東省經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、健康、協(xié)調(diào)的發(fā)展。

3 結(jié)論與討論

（1）利用《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2005～2014）、《山東省水資源公報(bào)》（2005～2014）及相關(guān)資料，選取水資源總量等指標(biāo)，運(yùn)用主成分分析法分析了2005～2014年山東省水資源承載力的變化情況，結(jié)果表明，2005～2014年山東省水資源承載力呈逐年上升趨勢。

（2）人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源綜合利用情況，是影響山東省水資源承載力的主要原因。隨著山東省經(jīng)濟(jì)增長戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變和水資源利用率的提高，山東省在水資源短缺的情況下水資源承載力呈現(xiàn)逐年上升趨勢。

（3）筆者僅對2005～2014年山東省水資源承載力的變化趨勢進(jìn)行了評價(jià)分析，并未研究各指標(biāo)對水資源承載力的影響關(guān)系，也未對山東省各地區(qū)的水資源承載力進(jìn)行全面分析，這將有待進(jìn)一步研究。

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