上海市水資源承載力評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)

李驥飛 徐天元

摘要：指出了水是維系人類生存和發(fā)展的重要資源，是人類可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。但干旱、洪澇、水資源污染、缺水等異常水資現(xiàn)象嚴(yán)重威脅社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。運(yùn)用主成分分析法對(duì)上海市水資源承載力狀況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：①上海市2007-2016年水資源承載力總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，水環(huán)境也得到進(jìn)一步優(yōu)化。影響上海市水資源承載力的因子主要是人口因子和經(jīng)濟(jì)因子。②通過(guò)預(yù)測(cè)分析，根據(jù)上海市2035規(guī)劃，至2035年常住人口控制在2500萬(wàn)人左右，年用水總童控制在138億m³，萬(wàn)元地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）用水量控制在22.5m³以下，上海市水資源承載力可承載的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的最大量為56354.25億元。

關(guān)鍵詞：承載力;預(yù)測(cè);利用紅線

中圖分類號(hào)：TV213.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2020）04-0168-04

1 引言

水是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的最重要的物質(zhì)資源之一，隨著水資源短缺和污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，水資源的短缺和污染問(wèn)題已逐漸成為束縛人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素[1]。水資源承載力是某一地區(qū)的水資源在某一具體歷史發(fā)展階段下，以可預(yù)見(jiàn)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)發(fā)展為條件，經(jīng)過(guò)合理優(yōu)化配置，對(duì)該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支撐力[2]。水資源承載力已經(jīng)成為衡量該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要指標(biāo)。因此，正確地評(píng)價(jià)區(qū)域水資源的承載力，對(duì)合理充分利用水資源以及促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。

我國(guó)目前對(duì)于水資源承載力的研究區(qū)域主要集中于中西部，對(duì)于東南沿海水資源承載力的研究相對(duì)較少，對(duì)于沿海特大城市例如上海的研究將對(duì)我國(guó)社會(huì)生態(tài)的發(fā)展具有重要意義。本文基于主成分分析法，構(gòu)建影響水資源承載力的綜合指標(biāo)體系，對(duì)上海市水資源承載力從時(shí)間尺度對(duì)上海市水資源承載力變化進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，力求全面客觀反應(yīng)起時(shí)空變化。根據(jù)上海市2035城市規(guī)劃，通過(guò)回歸分析預(yù)測(cè)上海市水資源可承載的經(jīng)濟(jì)總量。

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

上海市地處長(zhǎng)江和黃浦江人海匯合處，是長(zhǎng)江三角洲沖積平原的一部分，下轄黃浦、徐匯、靜安、松江等16個(gè)市轄區(qū)，境內(nèi)水系發(fā)達(dá)，河網(wǎng)密布。2013年本地水資源總量為28.03億m³，過(guò)境水資源總量為8046.4億m³[4]。

本文原始數(shù)據(jù)分別來(lái)自《上海市統(tǒng)計(jì)年鑒》（2008-2016）、《上海市水資源公報(bào)》、中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局國(guó)家數(shù)據(jù)網(wǎng)以及各區(qū)縣2016年統(tǒng)計(jì)年鑒，并通過(guò)計(jì)算整理獲得。

3 上海市水資源承載力綜合評(píng)價(jià)

3.1 指標(biāo)的選取

對(duì)上海市水資源承載力進(jìn)行分析時(shí)，關(guān)鍵是選擇合適的指標(biāo)數(shù)據(jù)，參照全國(guó)水資源承載分析中的指標(biāo)體系和其他水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)科學(xué)性原則，本文選取了15個(gè)指標(biāo)因子對(duì)上海市2007～2015年的水資源承載力進(jìn)行動(dòng)態(tài)綜合評(píng)價(jià)，X₁為地區(qū)生產(chǎn)總值（10⁸元），X2為固定資產(chǎn)投資額（10⁸元），X₃為總?cè)丝冢?0⁴人），X₄為城市人口比重（%），X₅為水資源總量（108m³）、X₆為萬(wàn)元GDP耗水量（m³/10⁴元），X₇為生態(tài)用水量（10⁸m³）、X₈為有效灌溉面積（10³hm²）、X₉為廢水排水量（10⁴t）、X₁₀為總供水量（10⁸m³）、X₁₁為人均用水量（m³）、X₁₂為工業(yè)用水量（10⁸m³）、X₁₃為農(nóng)業(yè)用水量（10⁸m³）、X₁₄為生活用水量（10⁸m³）、X₁₅為工業(yè)增加值（10⁸元）。

3.2 結(jié)果分析

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，只有前三個(gè)特征值大于1，所以選擇了前三個(gè)主成分，第一個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率是61.724%，第二個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為18.546%，第三個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為10.291%，前三個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了90.561%。由此可見(jiàn)，選前三個(gè)主成分已足以替代原來(lái)的變量，幾乎涵蓋了其他因子的全部信息（表1～3）。

主成分載荷是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)，如表4所示。第一主成分與X₅、X₁₀、X₁₁、X₁₂在較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，與X₁、X₂、X₃存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，第二主成分主要受城市人口因子、水資源供應(yīng)因子的影響，第三主成分主要受廢水排水量因子的影響。基本涵蓋了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口以及水資源供需的主要因子。由此可以得出，影響水資源承載力的因子主要包括經(jīng)濟(jì)發(fā)展因子、人口因子、水資源供需平衡因子、工業(yè)生產(chǎn)用水因子，隨著上海經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)水資源的需求不斷增長(zhǎng)，但經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，也使得城市污水處理能力得到顯著增強(qiáng)，人口作為持續(xù)的外部因素，也在一定程度上影響著水資源的承載力。但是，就目前上海市的常住人口變化趨勢(shì)來(lái)看，近幾年上海常住人口數(shù)量出現(xiàn)波動(dòng)，故上海市人口對(duì)于上海市水資源承載力的影響有限。

通過(guò)計(jì)算三個(gè)主成分得分并根據(jù)3個(gè)主成分F₁、F₂和F₃的得分貢獻(xiàn)率，計(jì)算出綜合得分F，F(xiàn)值越小說(shuō)明當(dāng)年的水資源承載力越大[5，6]，具體水資源承載力的各主成分得分和綜合得分及其排序。由表5的排名可見(jiàn)，2007～2009年水資源承載力為上升趨勢(shì)，2010年出現(xiàn)波動(dòng)，2011～2016年又呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)。上海市的水資源承載力總體呈現(xiàn)出逐年波動(dòng)上升的發(fā)展趨勢(shì)。

3 上海市水資源承載力預(yù)測(cè)及缺水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 上海水資源承載力預(yù)測(cè)

通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)上海水資源的主要驅(qū)動(dòng)力是經(jīng)濟(jì)因子與人口因子為主，故選取5個(gè)與主成分相關(guān)性較高的經(jīng)濟(jì)、人口、供水指標(biāo)因子（Z₁為地區(qū)生產(chǎn)總值（10⁸元）、Z₂為總?cè)丝冢?0⁴人）、Z3萬(wàn)元GDP耗水量（1m³/10⁴元）、Z₄總供水量（10⁸m³）、Z₅人均用水量（m³））。以總供水量為因變量，地區(qū)生產(chǎn)總值、人口、萬(wàn)元GDP耗水量以及人均用水量為自變量通過(guò)回歸分析建立各個(gè)因子之間的線性模型并根據(jù)模型做評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)（表6～8）。

經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重線性回歸分析可知：得到的最終模型為模型5，也就是以總供水量（Z₄）為因變量，以地區(qū)生產(chǎn)總值（Z₁）、總?cè)丝冢╖₂）、萬(wàn)元GDP耗水量（Z₃）以及人均用水量為自變量（Z₅）。模型表達(dá)式為：

根據(jù)2035上海市城市總體規(guī)劃，至2035年常住人口控制在2500萬(wàn)人左右，至2035年，年用水總量控制在138億m³，萬(wàn)元地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）用水量控制在22.5m³以下，可算得上海市水資源承載力可承載的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的最大量為56354.25億元。

4 結(jié)論與討論

（1）應(yīng)用主成分分析法對(duì)上海市的水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，能比較全面客觀的反映上海市水資源承載力的變化趨勢(shì)，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：上海市2007～2016年水資源承載力總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，水環(huán)境也得到進(jìn)一步優(yōu)化。影響上海市水資源承載力的主要驅(qū)動(dòng)因子為經(jīng)濟(jì)發(fā)展因子、人口因子以及水資源供需平衡因子。

（2）通過(guò)預(yù)測(cè)分析，根據(jù)上海市2035規(guī)劃，至2035年常住人口控制在2500萬(wàn)人左右，年用水總量控制在138億m³，萬(wàn)元地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）用水量控制在22.5m³以下，得上海市水資源承載力可承載的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的最大量為56354.25億元。

（3）上海市水資源承載力總體處于逐年上升的發(fā)展趨勢(shì)，上海市較為豐富的入境水量為上海市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的支撐作用。一方面，上海市加強(qiáng)了對(duì)與水污染的治理，使得可利用的水資源總量逐年上升，另一方面，加強(qiáng)對(duì)水資源的利用管理，鼓勵(lì)水資源利用率高、水資源使用量少的低耗水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，積極開展水資源的回收利用和污水處理，加強(qiáng)了水污染防治工作，使得水資源承載力逐年上升。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳健，胡冬雯，王敏，等.上海水資源可持續(xù)利用與管理對(duì)策[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2007（2）：20～25.

[2]許世存.吉林省水資源承載力研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2009.

[3]王奎峰.山東半島資源環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)與區(qū)劃[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2015.

[4]何斌.金鵬飛，羊丹.上海市水資源調(diào)度現(xiàn)狀與思考[J].中國(guó)水利，2015（3）：25～26.

[5]張鴻齡，孫麗娜.趙國(guó)革.運(yùn)用主成分分析法評(píng)價(jià)渾河水體中重金屬污染來(lái)源[J].沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，24（5）;5～9.

[6]曹麗娟，張小平.基于主成分分析的甘肅省水資源承載力評(píng)價(jià)[J].干早區(qū)地理，2017（4）.

收稿日期：2020-02-16

作者簡(jiǎn)介：李驥飛（i995-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槌鞘协h(huán)境與生態(tài)。