鄂州市水資源現狀及可持續利用對策

何 祥 章 奇 范創剛 趙 玲

（湖北省鄂州市水文水資源勘測局,湖北 鄂州 436000）

1.研究背景及意義

1.1 研究背景

地球，有72%的面積被水所覆蓋，水資源總量約13.86x1018m3。雖然，地球上水資源很豐富，但是其淡水資源僅占所有水資源的2.53%，并且大部分淡水資源存在于冰川、永久積雪和地下深層，不能直接被人類生產生活所使用，能被人類利用的不到總量的1%。

中國水資源的總量約為27000xl08m3，其水資源總量是世界的6%。雖然，我國水資源總量豐富，但人均占有水資源量較低。目前，中國人均占有水資源量2239m3，僅為世界人均水資源的四分之一。

全球水資源供應緊張，但每年用水量卻日益增多。據統計，1900 年，全球一年水資源消耗量只有4000 億m3，到2000 年，年需水量猛增至60000 億m3，平均每年增加了 560 億m3。目前，隨著許多國家對水的需求進一步增加，導致一些地區出現不同程度的用水危機，甚至影響到人民正常的生活。預計到2025 年，世界上將會有約30 億人面臨缺水的問題，淡水量在40 個國家和地區將嚴重不足。水資源不足，已經成為人類共同面臨的危機之一。人類需要大量的水資源和水資源有限已成為不斷尖銳的矛盾，迫使水資源問題及其影響得到有關組織的重視和探討。

1.2 研究意義

黨的十八大以來，習近平總書記多次強調治水的重要意義，提出“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”新時代治水方針。水是經濟社會發展不可缺少和不可替代的重要自然資源和環境要素，水安全是涉及國家長治久安和中華民族永續發展的大事。

鄂州市位于湖北省東部，長江中游南岸，屬于梁子湖水系。因地處濕潤多雨地區，且長江臨境而過，客水資源豐富，鄂州市從整體情況來看屬于豐水地區。鄂州市年內降水主要集中在4 ～7 月，汛后易發生旱情。由于地勢平坦、農業高速發展和人類對于水資源的影響，鄂州市水體水質有逐年下降趨勢，特別是城市和水產養殖集中區的河湖水質明顯惡化。

既有多水的威脅又有季節性缺水的危機，還面臨著水污染等問題，同時，又受到最嚴格水資源管理考核的影響，水資源已成為影響其社會經濟發展和人民美好生活需求的重要制約因素。因此，研究鄂州市水資源現狀及可持續利用，可為探索水資源管理新模式、合理開發配置水資源、提高水資源利用效率和加強水資源保護提供科學可靠的決策依據。

鄂州市地理位置圖

2.社會經濟

鄂州市位于湖北省東部，長江中游南岸，西與武漢市的江夏區、洪山區接壤，東南分別與黃石市的大冶市、鐵山區、下陸區、黃石港區毗連，北臨長江，自西向東分別與武漢市的新洲區、和黃岡市的團風縣、黃州區、浠水縣等地隔江相望；北距首都北京、東距上海、西距重慶、南距廣州均在1000km 左右，地處經緯介于東經114°32′～115°05′、北緯30°00′～30°06′之間，現轄鄂城區（包含臨空經濟區）、華容區（包含葛店經濟技術開發區）和梁子湖區，轄區地域總面積1596km2。

根據湖北省第七次全國人口普查結果，鄂州市常住人口為107.94 萬人，其中，鄂城區69.57 萬人，人口密度1327 人/km2；華容區25.68 萬人，人口密度543 人/km2；梁子湖區12.68 萬人，人口密度229 人/km2；

2020 年鄂州市完成地區生產總值1005.23 億元，按可比價計算，同比下降9.8%。其中，第一產業增加值99.2億元，同比下降2.8%；第二產業增加值435.03 億元，同比下降17%；第三產業增加值471 億元，同比下降2.4%。

3.水資源現狀

3.1 水資源利用現狀

3.1.1 供水現狀

2020 年，鄂州市總供水量12.9855 億m3，其中蓄水工程供水0.4186 億m3，占總供水量的3.2%；引水工程供水0.1444 億m3，占總供水量的1.1%；提水工程供水12.4225 億m3，占總供水量的95.7%。

3.1.2 用水現狀

2020 年，鄂州市總用水量12.9855 億m3。農業灌溉用水量2.3877 億m3，占總用水量的18.4%；工業用水量9.2938 億m3，占總用水量的71.6%；生活用水量0.8971億m3，占總用水量的6.9%；生態環境用水量0.4069 億m3，占總用水量的3.1%。

3.1.3 耗水量

2020 年，鄂州市用水的消耗量達到2.3855 億m3（消耗量占總用水量的百分比）14.9%。其中農業的耗水量為1.3804 億m3占總耗水量的57.9%；工業的耗水量0.6166億m3，占總耗水量的25.9%；城鎮生活耗水為0.3502 億m3，占總耗水量的14.6%；生態環境耗水為0.0383 億m3，占總耗水量的1.6%。

3.2 水質現狀

隨著，河湖長制的推行，近年來，大部分河流水質有所提升。2020 年在鄂州市主要江河湖泊上布設水質監測斷面45 處，監測河長161.4km。在2020 年內，鄂州市全年期II 類水質河長為87.6km，占監測總河長的54.2%；Ⅲ類水質河長為73.8km，占監測總河長的45.8%。鄂州市全年期Ⅳ類湖泊個數為23 個，Ⅴ類湖泊個數為2 個。

2020 年，鄂州市一共監測和評價水功能區18 個，其中Ⅲ類水質的有14 個，其中Ⅳ類水質的有3 個，Ⅴ類有1 個。

4.水資源現狀評價

第一，科學性原則

在最大程度上保證評價指標科學合理，能最大程度反映研究區域水資源的特性；選用科學客觀的評價方法得出真實的評價結果。

第二，區域性原則

鄂州市有3 個行政區，不同的地域之間水資源情況具有差異，這種差異很大程度上決定了區域間在水資源分布情況上的不同。同時各區在社會經濟發展和生態環境現狀不同。因此，應根據選定研究區域的實際狀況來建立評價指標體系。

第三，可行性和準確性相結合

為了更好地研究鄂州市水資源現狀評價，選取指標時不能與指標本身所具有的信息條件的實際情況相背離，并且應該以數據獲取的難易程度為前提，最好盡可能地選取簡單的、易于理解的指標。

第四，全面性和層次性相結合

水資源現狀評價指標系統是一個復雜的系統，要求選取的指標應體現其全面性，且具有足夠的涵蓋面，能全面反映鄂州市水資源現狀的情況內涵。同時，又要求各個指標盡量地簡單清晰、簡潔和易于明了，能將簡潔明朗的、層次感較強的指標體系代替較復雜的問題。

4.1 主成分分析方法介紹

主成分分析方法就是一個用少量的新變量來代替原來較多的變量，并且能保留原來變量的絕大部分信息的研究方法。

主成分分析步驟如下：

4.1.1 計算相關系數矩陣

Rab（a，b=1，2…，p）為原變量與的相關系數，rab=rba，其計算公式如下：

4.1.2 計算特征值與特征向量

首先，解特征方程，│λi–R │=0 求出特征值，并使其按大小順序排列λ1 ≥λ2 ≥…≥λp ≥0。

其次，分別求出特征值λi 對應的特征向量(1，2，…，p)，要滿足│ei │=1，，其中，表示向量的第j 個分量。

再次，計算主成分貢獻率及累計貢獻率：

然后，計算主成分載荷。

最后，

4.2 計算步驟

4.2.1 原始數據標準化

根據上述指標體系擬定的評價指標，對鄂州市各市州水資源現狀評價共選取了9 個指標建立指標體系，將2020 年鄂州市各地評價指標相關統計數據作為此次主成分分析的原始數據表，如表4-1 所示。

表4-1 鄂州市各行政區主成分分析原始數據

一般不同的數據擁有不同的計量單位和不同的變異水平，因此在分析數據前，先要對各指標的數據進行無量綱化處理，消除各個數據單位對結果的影響。將鄂州市各區水資源分布情況原始數據導入SPSS軟件進行主成分分析，標準化處理后結果表4-2 所示。

表4-2 鄂州市各行政區水資源系統數據標準化

4.2.2 計算相關系數矩陣

為了除去一些指標數據具有重復的信息，確保評價的結果具有科學的嚴謹性，本文使用軟件SPSS 將有重復的信息剔除，可求得相關性矩陣、因子荷載矩陣等。相關性矩陣是反映變量之間相互關系的方陣，標準化數據計算出相關系數矩陣見表4-3。

表4-3 相關系數矩陣

4.2.3 確定主成分

運用SPSS 軟件對標準化數據進行主成分分析，得到總方差分析表，見表4-4。

表4-4 總方差分析表

由總方差分析表可知，兩二個成分方差大于1，且第一個主成分特征值為6.146， 貢獻率為68.292%；第二個主成分的特征值為2.854，貢獻率為31.708%。前2 個主成分的累計貢獻100%， 說明取前2 個主成分變量就能提取到原來9 個變量的大部分信息，能充分反映鄂州市水資源系統的基本情況。提取載荷矩陣可知：第一主成分在年降水量上的載荷最大，可以命名為年降水量主成分。同理，第二主成分為地表水資源量。

4.2.4 確定主成分矩陣的特征向量

利用主成分分析法，運用SPSS 軟件得到主成分矩陣見表4-5。

將因子1 和因子2 的載荷向量分別除以各自的主成分特征值的算術平方根即可得到各主成分的系數。那么第一主成分的各個系數是向量（0.904，0.968，0.984，0.960，0.928，0.963，-0.772，-0.341，-0.054）除以后得到，即（0.3646，0.3904， 0.3968，0.3872，0.3742，0.3884，-0.3115，-0.1377，-0.0218），這才是主成分1 的特征向量，滿足系數的平方和等于。以此類推可得另外一個特征向量，計算結果見表4-6。

表4-5 主成分矩陣

?

表4-6 成分特征向量

4.2.5 綜合得分

將得到的成分特征向量分別乘以原始變量標準化之后的變量即可得到各成分的分值。將初始的9 個指標轉換2個指標來反映鄂州市各行政區水資源情況，各主成分的函數表達式為：

Y1=0.3646*XI+0.3904*X2+0.3968*X3+0.3872*X4+0.3742*X5+0.3884*X6-0.3115*X7-0.1377*X8-0.0218*X9

Y2=-0.2 5 3 1*XI-0.1 4 9*X2+0.1 0 6 7*X3-0 . 1 6 6 1 * X4+ 0 . 2 2 1 1 * X5+ 0 . 1 5 9 7 * X6-0.379*X7+0.5564*X8+0.5911*X9

計算主成分綜合得分。公式為：

將2 個特征值帶入上式，

K1=λ1/(λ1+λ2)=6.146/(6.146+2.854)=0.683

K2=λ3/(λ1+λ2)=2.854/(6.146+2.854)=0.317

得到主成分綜合分計算公式：

Y=0.683Y1+0.317Y2

按照公式，鄂州市行政區水資源情況分析結果見表4-7。

表4-7 鄂州市各行政區水資源情況綜合得分

5.水資源可持續利用對策

5.1 實施最嚴格水資源管理制度和落實雙控行動

嚴格執行用水總量控制和定額管理。以縣級行政區域用水總量控制指標為基礎，實施用水定額管理，逐級將用水指標細化落實到各用水主體和具體水源，明晰初始水權，倒逼水資源剛性約束作用。

嚴格落實水功能區水質達標率控制目標。對于未劃定水功能區的河流，采用水質類別指標替代水功能區水質達標率，管控水體水質，確保水資源質量不持續向好。

5.2 強化水資源監控能力建設

提高水資源取用水在線計量、監測能力，形成與實行最嚴格的水資源管理制度基本適應的水資源監控能力，基本滿足水資源定量管理和最嚴格水資源管理制度考核的信息化支撐需要。

5.3 全面推進節水型社會建設

加大城鄉節水器具推廣。加快城鄉生活輸配水管網提質改造，減少輸配水、用水環節的跑、冒、滴、漏，加強漏水檢測，降低供水管網漏損率，構建城鎮高效供用水系統。

6.結論

2020 年，鄂城區水資源總量7.7167 億m3，人均水資源量1109m3/人；梁子湖區6.0581 億m3，人均水資源量4778m3/人；華容區5.6559 億m3，人均水資源量2202m3/人。根據水質現狀數據，梁子湖區水功能區水質狀況優良，鄂城區和華容區水質狀況次之。

根據選取的9 個指標構建的體系，鄂州市3 個縣級行政區按得分從高到低排列分別為：鄂城區、梁子湖區和華容區。