2005～2014年山东省水资源承载力评价

蒋贤栋 聂兵兵

摘要[目的]研究山东省水资源承载力状况。[方法]根据2005～2014年《山东省统计年鉴》和《山东省水资源公报》等，选取总人口、城镇化率、水资源总量等14个指标，建立水资源承载力指标体系，运用主成分分析法计算主成分的特征值和贡献率，得到影响山东省水资源承载力的两大主成分因子，并对2005～2014年的水资源承载力趋势进行评价。[结果]在水资源相对短缺的情况下，2005～2014年山东省水资源承载力呈逐年上升趋势，原因可能与人口、经济发展和水资源综合利用现状有关。[结论]转变经济发展方式和运用科学技术可有效缓解水资源压力，提高水资源承载力。

关键词 水资源承载力；主成分分析；山东省

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 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

隨着人口的快速增长和经济的迅速发展，水资源已成为制约社会发展的“瓶颈”。如今工业、农业和生态环境的发展对水的依赖程度越来越高，因此水资源承载力成为制订地区发展规划的指标和尺度。水资源承载力的大小对一个国家或地区的综合发展有很大的影响。近年来，为了实现水资源与人口、经济和环境的相协调发展，国内外学者对水资源承载力进行了研究[1-3]，但至今尚未形成统一认识[4] 。1998 年美国URS 公司运用数学分析方法对佛罗里达Keys 流域的水资源承载力进行了首次研究[5] 。我国水资源承载力的研究起步相对较晚，1985年新疆水资源软科学课题组首次对新疆流域的水资源承载力进行了研究。近年来， 我国学术界对区域水资源承载力定性与定量研究取得了较大进展。闵庆文等[6]采用模糊综合评价法，对山西省河津市水资源承载力变化趋势进行了分析；夏军等[7]以“自然-人工”水循环为基础，以可持续发展作为控制目标，采用目标综合分析与多级灰关联评价相结合的方法，研究了城市水资源和生态与环境问题；陈凯等[8]分别建立RBF 神经网络模型、BP 神经网络模型、模糊层次综合评价模型，对汕头市水资源承载力状况进行了研究，比较得出了适用性更强的数学模型。笔者在前人研究的基础上，运用主成分分析法对2005～2014年山东省水资源承载力进行了动态研究，并评价了其发展趋势，以期为提高山东省水资源承载力提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

山东省位于我国东部沿海、黄河下游流域，其境域由半岛和内陆两部分组成，全境总面积约15.8万km2，约占全国总面积的1.642%。属暖温带季风气候类型，多年平均气温10～15 ℃，平均年降水量680.5 mm，平均水资源总量303.1亿m3，其中地表水资源量197.9亿m3，平均地下水资源量165.3亿m3（地表水、地下水的重复计算量59.8亿m3）。该省主要利用的客水资源是黄河水，每年流入境内的水量为360.1亿m3，一般来水年份可引用黄河水量达70.0亿m3。

1.2 研究方法

水资源承载力的研究方法主要有主成分分析法[9] 、系统动力学法[10]、常规趋势法[9]、多目标决策法、投影寻踪法、神经网络法、全口径层次化评价方法、压力-状态-相应模型、因子分子、生态足迹法等。其中，主成分分析法是一种数学变换方法，是从数学角度对原有变量进行线性变换并舍弃其中一部分信息，其主旨是利用降维的思想，将多个单指标转化成几个综合指标，这些综合指标同时又能反应原来多指标的信息和避免主观随意性。笔者在前人研究的基础上，应用主成分分析法，从时间角度，对2005～2014年山东省水资源承载力进行综合评价。

1.3 指标选取 在构建山东省水资源承载力指标体系的过程中，选取的指标能够从不同方面、不同角度客观地反映山东省区域水资源供需关系及开发利用状况。根据山东省水资源利用的现实情况及特点，依据《山东省统计年鉴》（2005～2014）、《山东省水资源公报》（2005～2014）及相关资料，并按照选取水资源承载力评价指标的原则，选取了14个指标因子对2005～2014年山东省水资源承载力进行了分析。具体指标：①X1 总人口（万人）；②X2 生产总值（亿元）；③X3固定资产投资（亿元）；④X4万元GDP用水量（m3）；⑤X5城镇化率（%）；⑥X6供水总量（亿m3）；⑦X7水资源总量（亿m3）；⑧X8地表水资源（亿m3）；⑨X9降水量（亿m3）；⑩X10工业用水量（亿m3）；B11X11农业用水量（亿m3）；B12X12生活用水量（亿m3）；B13X13污水排放量（万t）；B14X14有效灌溉面积（千hm2）。

主成分分析步骤：①因各项指标选取不同，为了消除其量纲的影响，对原始数据进行标准化；②计算数据标准化后的相关系数；③求相关矩阵的特征值及特征向量；④计算累计贡献率，一般是按累计贡献率≥85%的原则确定主成分数；⑤以各主成分的贡献率为权数，对各年水资源承载力进行综合分析。

2 结果与分析

运用SPSS软件对2005～2014年山东省水资源承载力进行主成分分析，得出相关系数矩阵、特征值、贡献率和累计贡献率（表1、2）。

由表3可知，从主成分载荷分析，第1主成分与总人口数（X1）、城镇化率（X5）、国内生产总值量（X2）、固定资产投资（X3）、万元GDP用水量（X4）等之间存在很强的相关关系，可以认为这些指标反映的是社会经济发展、人口与山东水资源的开发利用情况，说明山东省转变经济战略、节水措施的实施对水资源承载力有巨大影响。第2主成分与水资源总量（X7）、地表水资源（X8）、降水量（X9）有较强的相关关系，可以认为这些指标反映的是水资源的禀赋情况，说明了水资源总量对水资源承载力的影响。

根据表5的结果，为了更好地分析第1主成分、第2主成分与水资源承载力的关系以及2个主成分之间的关系，笔者进行了偏相关分析、2个变量之间的相关分析，结果表明：第1主成分与第2主成分的相关系数达0.992，这说明社会经济的发展、人口的变化与水资源的禀赋有很大关系；承载力总分与第1主成分的偏相关系数达0.991，与第2主成分的偏相关系数达0.915。这说明水资源的承载力和社会的发展水平、人口的变化之间的关系明显大于与水资源禀赋之间的关系。因此，水资源的充足与否并不能全部代表水资源承载力的大小，水资源承载力的水平还与社会经济发展水平及人口增长有着很大关系。

由表5和图1可知，2005～2014年山东省水资源承载力逐年上升。原因可能是山东省近10年经济发展迅速，国内生产总值、固定资产投资、工农业用水量等呈现上升趋势，这些因素既对水资源承载力产生压力，同时也是促使其提高水资源承载力的动力。随着经济水平和科学技术的发展，水资源利用效率不断提高，人们的环保、节水意识逐渐增强，水资源承载力逐年上升。

近10年来，山东的人口平稳增长、经济战略的实施和科学技术的发展促进了该省工农业的快速发展，国内生产总值增长了4倍多，固定资产增长了约8倍。固定投资资产中用于农林、农田水利方面的基础设施、城市生活废污水处理设施以及江河治理等环保工程和生态水利工程的比重逐年升高，使得山东省水资源的承载力逐渐增强，这都有利于山东省经济稳定、健康、协调的发展。

3 结论与讨论

（1）利用《山东省统计年鉴》（2005～2014）、《山东省水资源公报》（2005～2014）及相关资料，选取水资源总量等指标，运用主成分分析法分析了2005～2014年山东省水资源承载力的变化情况，结果表明，2005～2014年山东省水资源承载力呈逐年上升趋势。

（2）人口、经济发展和水资源综合利用情况，是影响山东省水资源承载力的主要原因。随着山东省经济增长战略的转变和水资源利用率的提高，山东省在水资源短缺的情况下水资源承载力呈现逐年上升趋势。

（3）笔者仅对2005～2014年山东省水资源承载力的变化趋势进行了评价分析，并未研究各指标对水资源承载力的影响关系，也未对山东省各地区的水资源承载力进行全面分析，这将有待进一步研究。

参考文献

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[6]閔庆文，余卫东，张建新.区域水资源承载力的模糊综合评价分析方法及应用[J].水土保持研究，2004，11（3）：14-16.

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