2005～2014年山東省水資源承載力評價

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2005～2014年《山東省統計年鑒》和《山東省水資源公報》等，選取總人口、城鎮化率、水資源總量等14個指標，建立水資源承載力指標體系，運用主成分分析法計算主成分的特征值和貢獻率，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行評價。[結果]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、經濟發展和水資源綜合利用現狀有關。[結論]轉變經濟發展方式和運用科學技術可有效緩解水資源壓力，提高水資源承載力。

關鍵詞 水資源承載力；主成分分析；山東省

中圖分類號 S511 文獻標識碼 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濟的迅速發展，水資源已成為制約社會發展的“瓶頸”。如今工業、農業和生態環境的發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發展規劃的指標和尺度。水資源承載力的大小對一個國家或地區的綜合發展有很大的影響。近年來，為了實現水資源與人口、經濟和環境的相協調發展，國內外學者對水資源承載力進行了研究[1-3]，但至今尚未形成統一認識[4] 。1998 年美國URS 公司運用數學分析方法對佛羅里達Keys 流域的水資源承載力進行了首次研究[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課題組首次對新疆流域的水資源承載力進行了研究。近年來， 我國學術界對區域水資源承載力定性與定量研究取得了較大進展。閔慶文等[6]采用模糊綜合評價法，對山西省河津市水資源承載力變化趨勢進行了分析；夏軍等[7]以“自然-人工”水循環為基礎，以可持續發展作為控制目標，采用目標綜合分析與多級灰關聯評價相結合的方法，研究了城市水資源和生態與環境問題；陳凱等[8]分別建立RBF 神經網絡模型、BP 神經網絡模型、模糊層次綜合評價模型，對汕頭市水資源承載力狀況進行了研究，比較得出了適用性更強的數學模型。筆者在前人研究的基礎上，運用主成分分析法對2005～2014年山東省水資源承載力進行了動態研究，并評價了其發展趨勢，以期為提高山東省水資源承載力提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

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、地下水的重復計算量59.8億m3）。該省主要利用的客水資源是黃河水，每年流入境內的水量為360.1億m3，一般來水年份可引用黃河水量達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] 、系統動力學法[10]、常規趨勢法[9]、多目標決策法、投影尋蹤法、神經網絡法、全口徑層次化評價方法、壓力-狀態-相應模型、因子分子、生態足跡法等。其中，主成分分析法是一種數學變換方法，是從數學角度對原有變量進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，將多個單指標轉化成幾個綜合指標，這些綜合指標同時又能反應原來多指標的信息和避免主觀隨意性。筆者在前人研究的基礎上，應用主成分分析法，從時間角度，對2005～2014年山東省水資源承載力進行綜合評價。

1.3 指標選取 在構建山東省水資源承載力指標體系的過程中，選取的指標能夠從不同方面、不同角度客觀地反映山東省區域水資源供需關系及開發利用狀況。根據山東省水資源利用的現實情況及特點，依據《山東省統計年鑒》（2005～2014）、《山東省水資源公報》（2005～2014）及相關資料，并按照選取水資源承載力評價指標的原則，選取了14個指標因子對2005～2014年山東省水資源承載力進行了分析。具體指標：①X1 總人口（萬人）；②X2 生產總值（億元）；③X3固定資產投資（億元）；④X4萬元GDP用水量（m3）；⑤X5城鎮化率（%）；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工業用水量（億m3）；B11X11農業用水量（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因各項指標選取不同，為了消除其量綱的影響，對原始數據進行標準化；②計算數據標準化后的相關系數；③求相關矩陣的特征值及特征向量；④計算累計貢獻率，一般是按累計貢獻率≥85%的原則確定主成分數；⑤以各主成分的貢獻率為權數，對各年水資源承載力進行綜合分析。

2 結果與分析

運用SPSS軟件對2005～2014年山東省水資源承載力進行主成分分析，得出相關系數矩陣、特征值、貢獻率和累計貢獻率（表1、2）。

由表3可知，從主成分載荷分析，第1主成分與總人口數（X1）、城鎮化率（X5）、國內生產總值量（X2）、固定資產投資（X3）、萬元GDP用水量（X4）等之間存在很強的相關關系，可以認為這些指標反映的是社會經濟發展、人口與山東水資源的開發利用情況，說明山東省轉變經濟戰略、節水措施的實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）有較強的相關關系，可以認為這些指標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。

根據表5的結果，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系以及2個主成分之間的關系，筆者進行了偏相關分析、2個變量之間的相關分析，結果表明：第1主成分與第2主成分的相關系數達0.992，這說明社會經濟的發展、人口的變化與水資源的稟賦有很大關系；承載力總分與第1主成分的偏相關系數達0.991，與第2主成分的偏相關系數達0.915。這說明水資源的承載力和社會的發展水平、人口的變化之間的關系明顯大于與水資源稟賦之間的關系。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濟發展水平及人口增長有著很大關系。

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年經濟發展迅速，國內生產總值、固定資產投資、工農業用水量等呈現上升趨勢，這些因素既對水資源承載力產生壓力，同時也是促使其提高水資源承載力的動力。隨著經濟水平和科學技術的發展，水資源利用效率不斷提高，人們的環保、節水意識逐漸增強，水資源承載力逐年上升。

近10年來，山東的人口平穩增長、經濟戰略的實施和科學技術的發展促進了該省工農業的快速發展，國內生產總值增長了4倍多，固定資產增長了約8倍。固定投資資產中用于農林、農田水利方面的基礎設施、城市生活廢污水處理設施以及江河治理等環保工程和生態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，這都有利于山東省經濟穩定、健康、協調的發展。

3 結論與討論

（1）利用《山東省統計年鑒》（2005～2014）、《山東省水資源公報》（2005～2014）及相關資料，選取水資源總量等指標，運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、經濟發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。隨著山東省經濟增長戰略的轉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行了評價分析，并未研究各指標對水資源承載力的影響關系，也未對山東省各地區的水資源承載力進行全面分析，這將有待進一步研究。

參考文獻

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