主成分分析法在遼河干流水資源承載力評價中的應用

王春杰　張薇　王川川

摘要：將主成分分析法引入到水資源承載力研究中。以遼河干流為例，利用主成分分析法定量分析影響水資源承載力變化的最主要的驅動因素，結果表明：遼河干流水資源承載力的影響因素可以歸納為水資源開發(fā)利用因素、人口因素和社會經濟因素3類；通過分析區(qū)域內各個城市的水資源承載潛力，表明遼河干流的承載能力基本處于飽和狀態(tài)。

關鍵詞：水資源承載力；主成分分析法；遼河干流；影響因素

中圖分類號：TV213 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）04-00053-03

水資源是人類不可缺少且無法替代的重要環(huán)境資源，是維持社會進步、國民經濟可持續(xù)發(fā)展的關鍵。研究水資源承載力的目的是為了揭示水資源、流域經濟和人口之間的關系，以充分合理地利用水資源，使經濟建設與水資源保護同步進行，促進社會經濟持續(xù)發(fā)展。

1 主成分分析法的評價步驟

根據城市或流域的具體情況選取適當的指標，應用SPSS軟件進行計算。最終由各個指標的標準化值可算出2個或3個主成分得分和綜合得分F，F值越高說明該年的水資源承載力越小，反之亦成立。

2 主成分分析法研究實例

本研究選取遼河干流地區(qū)，評價水平年選取現狀年2005年，計算流域分區(qū)劃分到三級區(qū)（即遼寧省內的柳河口以上區(qū)間和柳河口以下區(qū)間），按行政分區(qū)分為鐵嶺、沈陽、撫順、阜新、盤錦、錦州、鞍山7個城市。

2.1 影響因素的選取

按照評價指標的可測性、可靠性及充分性原則，考慮各區(qū)域水資源及其利用特點，選取不同的指標體系。根據遼河干流的具體情況，采用以下10個指標：人均水資源可利用量X1；水資源開發(fā)利用程度X2；單位面積水資源可利用量X3；供水量X4；人口密度X5；生態(tài)用水率X6；萬元增加值用水量X7；耕地灌溉率X8；人均GDP X9；生活用水定額X10。這些因素全面反映了影響水資源承載力的供需水情況、社會經濟情況（如耕地、人口等）及區(qū)域生態(tài)環(huán)境情況。

2.2 主成分分析法評價

選擇2005年的資料作為基礎數據，應用SPSS分析軟件對樣本進行分析計算，得出相關矩陣、特征值、主成分貢獻率和累計貢獻率。為了消除統(tǒng)計誤差及量綱差異，首先對原始數據進行標準化處理，得到標準化矩陣；然后用SPSS軟件進行主成分分析，得到遼河干流水資源承載力變化驅動因素相關系數矩陣和主成分特征值及貢獻率。

主成分分析結果表明：前3個主成分的立即貢獻率已達到84.88%，基本上代表了全部因素對遼河干流水資源承載力的影響，基本符合分析的要求。下一步得出主成分載荷矩陣（見表1），它是主成分與變量之間的相關系數。

從表1可以看出：X1，X3，X6，X7與第一主成分有很大的正相關；X5，X8與第二主成分有較大的正相關；X9與第三主成分有較大的正相關。因此，遼河干流水資源承載力的主要影響因素可歸納為水資源開發(fā)利用、人口和經濟發(fā)展3個方面。從橫向分析，各因素評價如下：

1） 水資源開發(fā)利用因素。第一主成分包含了46.18%的變化率，它是影響遼河干流水資源承載力的主控因素，同時也可以控制其他因素的變化。

2） 人口因素。第二主成分包含了23.97%的變化率，人口作為一種持續(xù)的外界壓力，也是影響遼河干流水資源承載力的一個關鍵因素。

3） 社會經濟因素。第三主成分包含了14.73%的變化率，它也是影響該地區(qū)水資源承載力的一個主要因素。

2.3 水資源承載力的分類

一般情況下將上述因素對水資源承載力的影響程度劃分為3個等級，即承載力大、中、小3種情況，分別用V1，V2，V3表示。V1級屬情況較好，表示該地區(qū)水資源開發(fā)尚處于初始階段，開發(fā)程度低，水資源開發(fā)潛力大；V3級屬情況較差，表示水資源的承載能力已經接近飽和值，進一步開發(fā)潛力很?。籚2介于兩者之間，表明該地區(qū)的水資源開發(fā)利用程度已有相當規(guī)模，但仍有一定的開發(fā)潛力。

2.4 評價結果分析及建議

經對比分析可知：柳河口以上區(qū)間撫順的F值屬于一級，表明其水資源承載能力還有一定的開發(fā)可能，潛力比較大，其供給情況比較樂觀；柳河口以上的沈陽部分，柳河口以下的阜新、錦州、盤錦和沈陽的F值小于-0.676，屬于3級，表明這些地區(qū)的水資源承載能力已經接近飽和，進一步開發(fā)的潛力很?。怀酥獾牧涌谝陨系母沸?、鐵嶺部分，柳河口以下的鞍山部分的F值處于-0.676～1.434之間，表明該地區(qū)的水資源開發(fā)利用已達到一定規(guī)模，雖說有一定的開發(fā)利用潛力，但必須要合理利用。

總體來說，遼河干流地區(qū)水資源的開發(fā)利用程度已經接近飽和狀態(tài)，水資源承載能力較差，開發(fā)潛力已經很小。

3 結語

本研究利用主成分分析法對遼河干流地區(qū)的水資源進行評價，從總體上看，遼河地區(qū)的水資源開發(fā)已經基本處于飽和狀態(tài)，在今后的發(fā)展過程中，應該通過不同方法，如調整水價、加強節(jié)水和制污能力、加強區(qū)域調水能力等措施，增強遼河干流地區(qū)水資源的發(fā)掘潛力。

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Abstract： The purpose is to introduce principal component analysis method to the research of bearing capacity of water resource. The article uses Liaohe River as an example to analyze the most main driving factors of influencing bearing capacity of water resource by using the method of principal component analysis. The result shows that the influencing factors of water resource bearing capacity of Liaohe River can be summarized as 3 categories： utilization factor， demographic factor and socioeconomic factor； the analysis of the potential of water resource bearing capacity for all regions in the cities shows that the bearing capacity of Liaohe River is basically saturated.

Key words： water resource bearing capacity； principal component analysis method； Liaohe river mainstream； influencing factor