劉文錚，劉湘妮

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，沈陽110003）

水資源承載力是特定區(qū)域的水資源承載力，是指在一定時期內(nèi)，以當(dāng)前能夠達(dá)到的科學(xué)技術(shù)水平為條件，以經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)綠色發(fā)展為準(zhǔn)則，以維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)為目標(biāo)，通過合理優(yōu)化配置本地區(qū)可開發(fā)利用的水資源，為承受該地區(qū)的人口數(shù)量規(guī)模和社會經(jīng)濟(jì)活動所能提供的最大容納和承載能力［1］。隨著人類對于水資源、社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等方面的變化認(rèn)識，水資源承載力的概念和理論也在不斷進(jìn)行擴(kuò)展，從單一的基礎(chǔ)性理論承載力評價發(fā)展到多元化、多角度的可持續(xù)利用研究，水資源承載力研究已成為確定區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和解決人與自然和諧發(fā)展的需要，同時對實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的“三條紅線”控制具有指導(dǎo)性意義。

水資源承載力綜合研究是該區(qū)域的水資源可持續(xù)發(fā)展研究的基礎(chǔ)性課題。國內(nèi)外研究已經(jīng)取得最新進(jìn)展，水資源承載力正在逐步由基礎(chǔ)理論性研究向復(fù)雜性和空間性研究過渡，在國外，Rijiberman［2］把水資源承載力作為城市水安全保障的衡量標(biāo)準(zhǔn)，Ngana等［3］研究了馬尼亞拉湖子流域水資源綜合管理與承載力認(rèn)識；在國內(nèi)，劉丹等［4］提出水資源系統(tǒng)健康的水資源承載力理念，建立基于組合權(quán)重的集對分析評價模型，對山西省大同市水資源承載力進(jìn)行了評價；葛強(qiáng)等［5］采用了主成分分析方法，建立了反映云南省水資源承載力指標(biāo)體系，從中提取3個主成分進(jìn)行研究；張士鋒等［6］以糧食增產(chǎn)計劃重點(diǎn)區(qū)松花江區(qū)為例，采用綜合模型進(jìn)行計算研究水資源承載力變化趨勢。

總之，國內(nèi)外研究進(jìn)展可見，經(jīng)過幾十年的不斷探索和理論總結(jié)，我國的水資源承載力取得了一定成就。首先，水資源承載力研究經(jīng)歷了形成時期，水資源承載力的研究主要是在基本概念、內(nèi)涵、計算方法等方面研究，目標(biāo)比較單一。如今水資源承載力的研究包含了社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、水質(zhì)等影響因素，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)水資源的可持續(xù)利用，解決供水與需水的平衡問題。

1 遼寧省概況

遼寧省現(xiàn)設(shè)有地級市14個，分別為沈陽、大連、鞍山、撫順、本溪、丹東、錦州、營口、阜新、遼陽、盤錦、鐵嶺、朝陽、葫蘆島。截止到2013［7］年末，全省總?cè)丝?238.0萬人，全省國民生產(chǎn)總值27077.7億元，按照地區(qū)生產(chǎn)總值產(chǎn)業(yè)比例，第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)比例為8.6∶52.7∶38.7。

遼寧省地處東北地區(qū)南部，南瀕黃海、渤海。本省屬于溫帶季風(fēng)氣候，受海陸區(qū)位及地形影響，各地氣候差異較大。到2013年［8］，全省水資源總量463.17億m3，比多年平均值多35.5%，平均降水深751.1mm，比多年平均值多10.8%，時空分布差異比較大，汛期降水較多。年內(nèi)分配，降水量主要集中在6～8月，占全年67.5%。氣候特點(diǎn)是四季分明，寒冷期長；雨量集中，東濕西干；平原風(fēng)大，日照豐富，年日照時數(shù)2100～2900h之間，全年平均氣溫為5.2 ℃～11.7 ℃，最高氣溫零上30 ℃，最低氣溫零下30 ℃。平均無霜期130～200d，一般無霜期均在150d以上。

2 研究方法與技術(shù)流程

2.1 研究方法

因子分析法是在盡可能保留原有信息量的前提下，用較少的維度去表示原來的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，簡化數(shù)據(jù)，以形成少數(shù)幾組潛在起支配作用的公共因子與特殊因子的線性組合，從而揭示整體變量的規(guī)律或本質(zhì)，降低在多元分析處理過程中由于變量多、關(guān)系混亂而導(dǎo)致局面錯綜復(fù)雜的問題［9］。因子分析法基本步驟：①由于原始數(shù)據(jù)各指標(biāo)量綱不同，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；②計算標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)表的相關(guān)系數(shù)矩陣S；③計算相關(guān)系數(shù)矩陣特征值和特征向量；④計算方差貢獻(xiàn)率與累計方差貢獻(xiàn)率，確定因子；⑤進(jìn)行因子荷載矩陣，進(jìn)行方差最大正交旋轉(zhuǎn)；⑥根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣和方差貢獻(xiàn)率計算綜合評價得分。

2.2 技術(shù)流程

水資源承載力是在水資源系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行，水資源的可持續(xù)利用支撐著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也是重要的組成部分，采用合理的數(shù)學(xué)模型和科學(xué)的計算方法進(jìn)行水資源承載力計算，從而為該區(qū)域水資源高效利用與優(yōu)化配置提供科學(xué)的理論依據(jù)。

技術(shù)流程如圖1。

圖1 遼寧省水資源承載力技術(shù)流程

3 指標(biāo)體系分析與綜合評價

3.1 水資源承載力指標(biāo)選取

水資源承載力的基本單元是承載力評價指標(biāo)，水資源承載力評價指標(biāo)是反映水資源、社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境3個系統(tǒng)的基本情況，各個評價指標(biāo)之間具有獨(dú)立性，也具有相關(guān)性。水資源評價指標(biāo)體系的構(gòu)建，從指標(biāo)的選取角度上，考慮了承載對象和承載程度，從區(qū)域性發(fā)展的趨勢上，水資源承載力評價指標(biāo)由單方面發(fā)展向著多方面發(fā)展的延伸。

根據(jù)水資源承載力的定義和內(nèi)涵，在指標(biāo)體系的設(shè)計原則上［10］，遵循實(shí)用性、可行性、代表性，盡可能包括系統(tǒng)內(nèi)的主要影響因素。

本文結(jié)合遼寧省的水資源程度、社會經(jīng)濟(jì)條件、生態(tài)環(huán)境條件等因素考慮，共選取12個影響因素指標(biāo)，如圖2。

圖2 遼寧省水資源承載力指標(biāo)體系

3.2 水資源承載力綜合評價

根據(jù)遼寧省水資源公報和遼寧省統(tǒng)計年鑒，選取2013年遼寧省各行政分區(qū)的14個城市的數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，對所選取的12個評價指標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)誤差獨(dú)立性檢驗(yàn)的Bartlett球型檢驗(yàn)與KMO （Kaiser-Meyer-Olkin）檢驗(yàn)法，結(jié)果表明原始數(shù)據(jù)符合因子分析法的基本要求。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計算相關(guān)系數(shù)矩陣S。

根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣求解旋轉(zhuǎn)前和旋轉(zhuǎn)后方程的特征值，并計算各主成分的貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率，如表1。

表1 旋轉(zhuǎn)前后的特征值和主成分貢獻(xiàn)率 單位：%

根據(jù)表1計算結(jié)果可知，根據(jù)因子分析得到旋轉(zhuǎn)前后特征值和特征向量，確定第1、第2、第3、第4個主因子，旋轉(zhuǎn)后累積貢獻(xiàn)率分別為43.759%，62.001%，75.561%，87.025%，累計貢獻(xiàn)率大于85%，說明包含12項(xiàng)指標(biāo)所有信息，可以采用因子分析法進(jìn)行計算。

為了更清楚地解釋各變量在主成分因子上的載荷意義，對因子載荷作方差最大化正交旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后的載荷矩陣如表2。

表2 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣

4個主因子成分能夠比較全面地概括水資源承載力的變化驅(qū)動因子，能夠更好地反映水資源承載力的目前狀況，因此用這4個主因子成分來表示遼寧省水資源承載力變化狀況是合理的。

從表2中可以看出，供水總量、城市污水處理能力、城市園林綠地面積與第一主成分有很大正相關(guān)，因此主要代表水資源與生態(tài)環(huán)境相結(jié)合的發(fā)展?fàn)顩r，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，人口數(shù)量持續(xù)增長，對供水量需求越來越大，也在一定程度上影響著水資源的承載力；降水量和水資源總量與第二主成分有0.6522和0.5953的相關(guān)度，認(rèn)為第二主成分主要代表著水資源條件對水資源承載力的影響狀況；第三主成分與城市用水普及率和工業(yè)廢水處理量具有較大的正相關(guān)，跟第一主成分一樣也代表著水資源及生態(tài)環(huán)境，人均GDP、城市人口密度與第四主成分具有0.3619和0.7883的相關(guān)性，代表著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r對水資源承載力的影響，因此說明遼寧省水資源承載力因子分析是必要的。

通過變異系數(shù)法［11］計算各評價指標(biāo)的權(quán)重，確定各評價指標(biāo)對水資源承載力的影響程度。

各指標(biāo)的權(quán)重分別為：（x1）0.0354、（x2）0.1005、（x3）0.0011、（x4）0.1024、（x5）0.1165、（x6）0.0453、（x7）0.0611、（x8）0.0674、（x9）0.1283、（x10）0.1221、（x11）0.0939、（x12）0.1260。

根據(jù)各因子得分系數(shù)和方差貢獻(xiàn)率計算遼寧省各行政水資源承載力綜合得分，并進(jìn)行排序，得分越高，說明遼寧省下設(shè)行政分區(qū)在該年度的水資源承載力越小，反之越大，如表3。

表3 各行政分區(qū)水資源承載力綜合得分及排名

3.3 結(jié)果分析

從表3的計算結(jié)果可知，遼寧省14個行政分區(qū)中，大連和沈陽市水資源承載力綜合評價得分最高，這兩個市的水資源可持續(xù)利用量在全省最高，說明這兩個城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，工業(yè)的發(fā)展占主導(dǎo)地位，國民生產(chǎn)總值在全省其他城市位于前兩位，分別為7650.79億元和7158.57億元；鞍山市和本溪市水資源承載力雖然比大連和沈陽低，但綜合得分為正數(shù)，水資源還是比較充裕，還具有更大的承載潛力，阜新市和朝陽市水資源承載能力最低，由于這兩個城市降雨最少，阜新市降雨量為平均降雨量的66.2%，朝陽市的降雨量只有413.4mm，經(jīng)濟(jì)比較落后，水資源開發(fā)利用率比較低，導(dǎo)致現(xiàn)狀的承載力較小，其他城市除了撫順和丹東水資源承載力綜合得分為正，表明水資源承載力較大，其余6個城市水資源承載力比阜新和朝陽略大，但綜合得分仍然為負(fù)值，說明水資源承載能力比較低。

4 結(jié)語

（1）通過對遼寧省14個行政分區(qū)的水資源系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價指標(biāo)體系的建立，利用因子分析法進(jìn)行水資源承載力計算和分析，取得在一年內(nèi)全省不同地區(qū)水資源承載力的一個發(fā)展趨勢，以期為該區(qū)經(jīng)濟(jì)社會和水資源的優(yōu)化配置提供有效參考。

（2）針對目前的發(fā)展趨勢，提出一些提高水資源承載力的切實(shí)政策：①完善落實(shí)治水政策，推動水利事業(yè)健康發(fā)展；②加強(qiáng)和規(guī)劃前期工作，滿足工程建設(shè)的需要；③完善防汛減災(zāi)體系，有效減輕災(zāi)害損失；④完善水資源配置體系，確保供水安全。遼寧省水資源承載力是該區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，總體上來看，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是以水資源為載體，水資源處于健康穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顩r，在該省的綜合實(shí)力提高中具有不可替代的作用，以完成水資源的可持續(xù)來支撐經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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