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水資源承載力的大小反映了一個(gè)地區(qū)水資源開發(fā)利用率，兩者是相輔相成，并又互相制約，不同的地理環(huán)境，水資源的開發(fā)有著很大差別，說明以分析水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境之間的重要性，同時(shí)有助于高效利用與合理配置。

近幾年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)水資源承載力綜合評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了廣泛的研究[1-3]。其中，水資源承載力最常用的方法主要有多目標(biāo)決策分析法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）、主成分分析法、投影尋蹤法等[4-8]。由于水資源承載力研究涉及人口、資源、社會(huì)環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境等多方面的因素，研究范圍比較廣泛。比如，葛強(qiáng)[9]等人以云南高原典型流域?yàn)檠芯繀^(qū)域構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析法進(jìn)行水資源承載力與可持續(xù)利用評(píng)價(jià)；張士鋒等人[10]以松花江去為例，建立社會(huì)經(jīng)濟(jì)、用水、水土資源對(duì)人口、水資源供需、水環(huán)境指標(biāo)綜合體系，采用綜合模型進(jìn)行水資源承載力變化趨勢(shì)計(jì)算；張杰等[11]以實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度和水資源承載能力為基礎(chǔ)，構(gòu)建廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(GRNN)評(píng)價(jià)模型，對(duì)蘇州市水資源承載能力狀況進(jìn)行研究分析，總之，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的成就。鑒于此，水資源仍然是限制著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要因素，隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長，主要依靠水資源的開發(fā)利用水平，考慮水資源的發(fā)展趨勢(shì)和選擇有效措施解決日益嚴(yán)重的水資源問題，是我國可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大策略。

考慮到新疆特殊的地理區(qū)域，水資源在西北地區(qū)的重要性角度出發(fā)，以昌吉回族自治州為研究區(qū)域，運(yùn)行投影尋蹤方法，進(jìn)行水資源承載力研究，對(duì)研究區(qū)域的水資源可持續(xù)利用具有一定的參考價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

昌吉回族自治州位于天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地東南緣，地勢(shì)南高北低，稱之為“天山北坡”。昌吉市屬中溫帶區(qū)，為典型的大陸性干旱氣候，日照充足，年日照時(shí)數(shù)為2700小時(shí)；年平均氣溫6.8℃。在水資源方面，常年有水河流57條，年徑流量25.5億m3，2016年水資源總量為35.36億m3,人均水資源占有量2519m3，全州用水總量30.4581億m3，農(nóng)業(yè)用水量占總用水量93%，工業(yè)用水量占總用水量4%，生活及生態(tài)用水量占3%，一、二、三產(chǎn)用水結(jié)構(gòu)由 2015 年的 92.7∶3.7∶3.6 調(diào)整到約 90.3∶4.0∶5.7。

2 研究方法

2.1 投影尋蹤法

投影尋蹤方法是多為數(shù)據(jù)處理方法中的一種，期核心思想是把高維數(shù)據(jù)向低維空間進(jìn)行投影，然后通過對(duì)低維投影空間的分析來描述高維數(shù)據(jù)信息、結(jié)構(gòu)特征，它能夠很好地排除無關(guān)投影方向的干擾影響，便于快速、有效地分析高維數(shù)據(jù)的特征和結(jié)構(gòu)，并且在數(shù)據(jù)分析過程中能夠主動(dòng)計(jì)算出單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)綜合結(jié)果的影響度，避免了指標(biāo)權(quán)重的人為確定，降低了主觀經(jīng)驗(yàn)的影響。

具體的主要步驟為：

（1）原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多，各個(gè)指標(biāo)的量綱存在差異性，為了消除量綱的不統(tǒng)一性，統(tǒng)一變化區(qū)間，需要將指標(biāo)分成越大越優(yōu)和越小越優(yōu)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

（2）線性投影。即最佳投影方向，就是把高維數(shù)據(jù)的信息反映到低維數(shù)據(jù)空間中，運(yùn)用常規(guī)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理與分析，更能直觀和形象進(jìn)行研究。

（3）建立投影指標(biāo)函數(shù)。投影指標(biāo)函數(shù)是進(jìn)行投影方向的基礎(chǔ)，在水資源承載力中采用分類指標(biāo)進(jìn)行構(gòu)造函數(shù)，即在一維空間內(nèi)散布的類間距離與類內(nèi)密度同時(shí)達(dá)到最大值。

（4）優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)。指標(biāo)函數(shù)值與其投影方向的變化成正比，方向不同反應(yīng)出不用的指標(biāo)數(shù)據(jù)特征，即投影指標(biāo)函數(shù)取得最大值時(shí)，就是投影函數(shù)的的最佳投影方向[8]。

2.2 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)新疆水資源公報(bào)與新疆統(tǒng)計(jì)年鑒等相關(guān)資料的收集，以新疆昌吉州為研究區(qū)域，選取2016現(xiàn)狀年的數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，同時(shí)也參考其他相關(guān)的參考文獻(xiàn)[12-14]。

3 水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

水資源承載力指標(biāo)體系是一個(gè)綜合復(fù)雜的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，指標(biāo)體系涉及到水資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)你、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域。因此，建立水資源承載力指標(biāo)體系應(yīng)遵循易收集性原則、科學(xué)性原則、可操作性原則、動(dòng)和靜態(tài)相結(jié)合原則、績效量化原則，來保證指標(biāo)體系選取的全面、準(zhǔn)確與客觀。根據(jù)新疆昌吉州水資源特點(diǎn)和指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，共選取14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立指標(biāo)體系，由于目前評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，考慮到類似地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和專家意見，需要根據(jù)相關(guān)原則自行確定。根據(jù)國家水利“十三五”規(guī)劃和新疆最新的水資源發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)際情況，構(gòu)建出新疆昌吉回族自治州水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，且對(duì)其14項(xiàng)指標(biāo)提出4級(jí)評(píng)判等級(jí)，即1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分見表1。

表1 水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)單項(xiàng)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4 水資源承載能力分析

通過運(yùn)用投影尋蹤方法建立模型，將投影尋蹤特征值按照數(shù)值由大到小進(jìn)行排列，根據(jù)水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)，與相應(yīng)的投影尋蹤特征值，繪制出各個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與等級(jí)之間關(guān)系圖，建立水資源承載力等級(jí)評(píng)價(jià)函數(shù)f（z*），最后進(jìn)行樣本之間的評(píng)價(jià)與分類。

（1）將正向與負(fù)向兩類指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，可以將各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值轉(zhuǎn)換成0～1之間的數(shù)值范圍。

（2）根據(jù)投影尋蹤原理和計(jì)算程序，計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)投影尋蹤的特征值z(mì)。在采用編程計(jì)算情況下，得到最佳投影方向向量 a=（0.252，0.242，0.268，0.246，0.245，0.255，0.261，0.257，0.243，0.247，0.250，0.255，0.258，0.260），同事對(duì)應(yīng)的1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)投影尋蹤投影方向的特征值分別為4.312、2.981、1.119、0.000。將最佳投影方向向量和各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)投影尋蹤投影方向特征值相乘得到新僵昌吉州水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)投影特征值，為z=0.49。

（3）根據(jù)水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值與評(píng)價(jià)指標(biāo)投影特征值之間關(guān)系，建立水資源承載力等級(jí)評(píng)價(jià)函數(shù)f（z*），評(píng)價(jià)函數(shù)f（z*）就是投影尋蹤等級(jí)評(píng)價(jià)模型，具體關(guān)系圖見圖1。

圖1 水資源承載力等級(jí)評(píng)價(jià)函數(shù)值與投影特征值關(guān)系圖

通過對(duì)關(guān)系圖中函數(shù)的計(jì)算，根據(jù)關(guān)系圖的變化趨勢(shì)建立水資源承載力等級(jí)評(píng)價(jià)函數(shù)，如下：

通過絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差的分析，評(píng)價(jià)指標(biāo)投影特征值與水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系擬合，絕對(duì)誤差為0.033，相對(duì)誤差為1.681%，說明建立的投影尋蹤等級(jí)評(píng)價(jià)模型誤差較小，計(jì)算準(zhǔn)確度高。根據(jù)新疆昌吉州的水資源特點(diǎn)，將投影尋蹤特征是帶入（1）式進(jìn)行計(jì)算，得到投影特征值

f（z*）為3.65，說明新疆昌吉州水資源承載力為4級(jí)。圖2為各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重柱狀圖，說明各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在影響新疆昌吉州水資源承載力上的比重。

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重柱狀圖

5 結(jié)論

以水資源承載力基本概念與評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，根據(jù)水資源承載力評(píng)價(jià)結(jié)果，新疆昌吉州水資源承載力為4級(jí)狀態(tài)，已接近飽和狀態(tài)，開發(fā)潛力比較小。通過水資源優(yōu)化配置、提高節(jié)水意識(shí)或者采用外流域引水工程等措施來提高新疆昌吉州水資源承載力。

結(jié)合各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果來看，影響水資源承載力兩個(gè)重要指標(biāo)是灌溉水利用系數(shù)和植被覆蓋率，指標(biāo)水平分別處于3級(jí)和2級(jí)水平。從數(shù)據(jù)上來，新疆昌吉州水資源開發(fā)利用中，農(nóng)業(yè)節(jié)水開始影響水資源承載力，2016年灌溉水利用系數(shù)0.5，與3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)基本持平，通過轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制灌溉面積，采用噴灌、滴管等節(jié)水灌溉措施，來提高水資源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的利用效率。新疆昌吉州屬于典型干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，植被種類比較單一，2016年年底，新疆昌吉州森林覆蓋率達(dá)到23.5%，趨向于2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的25%的水平，植被覆蓋率的不高，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境用水效率的降低，影響到了水資源承載力的提高，生態(tài)環(huán)境用水的降低，導(dǎo)致新疆昌吉州的水土流失面積的加劇，出現(xiàn)沙漠化擴(kuò)大等生態(tài)環(huán)境問題，因此提高新疆生態(tài)環(huán)境用水效率也是刻不容緩的問題。

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