圖布新

(新疆維吾爾自治區(qū)水文局水文實驗站，新疆 烏魯木齊 830000)

水資源脆弱性的概念最早是在20世紀60年代末提出的。研究者主要研究地表水和水資源系統(tǒng)的脆弱性[1]。綜合國內(nèi)外的研究成果，將水資源脆弱性的概念概括為:在一定的歷史階段，水資源系統(tǒng)在服務(wù)于社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的過程中，受到外界因素如氣候變化和人類活動的干擾和脅迫，其正常結(jié)構(gòu)和功能的狀態(tài)和性質(zhì)受到影響和破壞，而破壞后的性質(zhì)很難恢復(fù)到原來的狀態(tài)[2]。水資源系統(tǒng)本身的影響因素包括水資源系統(tǒng)本身的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能和復(fù)雜性。不同地區(qū)水資源系統(tǒng)的脆弱性受其結(jié)構(gòu)和功能差異的影響[3]。物種越豐富，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，土壤侵蝕率越低，系統(tǒng)的脆弱性越弱。相反，系統(tǒng)越脆弱。這不僅與盆地的生態(tài)環(huán)境、盆地的年降水量、土壤的滲透能力、通過盆地的水量和地下水的再生能力有關(guān)，還與自然地理位置、水文氣象條件和區(qū)域本身的下墊面條件有關(guān)[4]。新疆是典型的缺水地區(qū)，地處干旱地帶，水資源一直短缺。新疆水資源脆弱性分析對新疆水資源和生態(tài)環(huán)境分析具有重要影響，對新疆社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 區(qū)域概況

新疆位于中國西北部，新疆中部，歐亞大陸的心臟，東臨吐魯番市。在西面，是昌吉市的邊界[5]。屬溫帶大陸性干燥氣候，7、8月最熱，平均氣溫25.7℃;最冷的是1月份，平均氣溫為-15.2℃。地勢起伏多山。南部和東北高地，中部和北部低地。山區(qū)占總面積的50%以上。

水資源是新疆內(nèi)陸干旱地區(qū)最寶貴的資源。新疆的水資源有多種形式，如冰川融水、地表徑流和地下徑流。降水是水資源的供給源，降水的變化直接影響水資源的變化。新疆地表水水質(zhì)良好。河流是內(nèi)陸河。河流又短又分散。它們來自山區(qū)，主要靠冰雪融水為生。水庫水位隨季節(jié)變化很大，分布在綠洲或平原水庫。新疆有46條河流，分別屬于烏魯木齊河、頭屯河、白洋河、阿拉溝湖和柴窩堡湖[6]。新疆地下水和冰川資源豐富，主要分布在烏魯木齊河上游、頭屯河天山和東部博格達山，儲量73.9億 m3，平均融化量1.23億 m3[7]。

2 研究方法

2.1 構(gòu)建水資源脆弱性評價指標體系

基于評價指標體系構(gòu)建的基本原則，根據(jù)可收集的研究資料，從自然、社會、氣象、水資源等方面出發(fā)構(gòu)建水資源脆弱性評價指標體系。具體如圖1所示。

圖1 新疆水資源脆弱性評價指標體系

2.2 主成分分析

本文采用主成分分析法對新疆水資源脆弱性影響因素進行綜合評價分析。主成分分析是通過壓縮變量個數(shù)，用較少的變量去解釋原始數(shù)據(jù)中的大部分變量，剔除冗余信息的方法[8]。具體計算步驟如下[8]：

(1)

計算相關(guān)系數(shù)矩陣：

(2)

(3)

計算主成分貢獻率和累計貢獻率，將累計貢獻率大等于85%的確定為主成分[9]：

(4)

(5)

計算綜合得分對區(qū)域水資源承載力進行綜合評價。

2.3 水資源脆弱性評價

在確定水資源脆弱性評價指標體系的基礎(chǔ)上，采用主成分分析的方法對對各項指標成分系數(shù)進行計算，然后根據(jù)公式(6)計算出各個指標因子的權(quán)重，最后計算脆弱性綜合得分，依據(jù)評價等級表(見表1)準確地進行脆弱性水平評價。

表1 水資源脆弱性評價等級表

pi=(Fm×a)/β

(6)

3 評價結(jié)果分析

3.1 評價結(jié)果

根據(jù)收集資料情況，以新疆地區(qū)2008年、2010年、2014年、2018年《新疆統(tǒng)計年鑒》以及《水資源公報》為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，借助SPSS 22.0軟件對10個指標因子進行主成分數(shù)據(jù)分析處理，得到分析結(jié)果如表2～表5所示。

表2 評價指標的特征值、貢獻率、累積貢獻率

表3 評價指標的成分得分系數(shù)

表4 評價指標因子權(quán)重表

表5 評價指標因子綜合得分

經(jīng)主成分分析法進行分析得到由表2所示的評價指標的特征值、貢獻率、累積貢獻率?？梢钥吹?008年和2010年有三個主成分因子，而2014年和2018年有四個主成分因子。此外，2008年三個成分的累計貢獻率為86.16%，2010年三個成分的累計貢獻率為86.61%，2014年四個成分的累計貢獻率為91.98%，2018年四個成分的累計貢獻率為94.51%，隨著時間的增加累計貢獻率也隨著線性增長。表明，經(jīng)濟社會的快速發(fā)展對水資源脆弱性的影響所占的指標因子變多，影響的范圍變得寬泛，涉及的方面增多。

為方便整理表格，故將植被覆蓋率、地下水更新能力、人均GDP、人均水資源量、人口密度、年降水量、單位面積產(chǎn)水量、水資源開發(fā)利用率、水資源供需比、水土流失率十個指標因子用C1-C10代替。

3.2 結(jié)果分析

根據(jù)分析的結(jié)果數(shù)據(jù)，得到如圖2所示的新疆水資源脆弱性年際變化趨勢圖。

圖2 新疆水資源脆弱性年際變化趨勢圖

由圖2我們可以看到，隨著時間的增加，新疆水資源脆弱性評價的綜合得分較高，說明水資源脆弱性越來越嚴重，從輕度脆弱性變?yōu)橹囟却嗳跣?。新疆是典型的資源型缺水地區(qū)。近年來，隨著新疆城市化進程的加快，經(jīng)濟快速發(fā)展，人口持續(xù)增長。生產(chǎn)和生活用水增加，廢水排放量也逐年增加，導(dǎo)致其水資源系統(tǒng)逐漸遭到破壞，水資源的脆弱性日益增強。

4 結(jié)語

水資源脆弱性的評價研究是一個綜合性的地區(qū)研究，涉及范圍包括自然環(huán)境、經(jīng)濟社會發(fā)展、氣象變化以及水資源的發(fā)展現(xiàn)狀等。研究其意義不僅對于地區(qū)水資源情況的了解利用具有重要意義，同時對于當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展、人文氣象的研究都具有不可忽視的影響。本文結(jié)合新疆地區(qū)當?shù)氐那闆r，從自然環(huán)境、經(jīng)濟社會、氣象條件以及水資源情況四個方面出發(fā)，構(gòu)建了包含一個目標層、四個準則層和十個指標因子的水資源脆弱性評價指標體系，依據(jù)收集到的數(shù)據(jù)資料，通過主成分分析的方法對不同年份的水資源數(shù)據(jù)進行分析研究，得到2008年和2010年有三個主成分因子對水資源脆弱性產(chǎn)生影響，分別是植被覆蓋率、地下水更新能力、人均GDP，而2014年和2018年有四個主成分因子對水資源脆弱性產(chǎn)生影響，分別是植被覆蓋率、地下水更新能力、人均GDP、人均水資源量，涉及自然、水資源和社會發(fā)展三個方面。此外借助origin軟件對新疆水資源脆弱性年際變化趨勢進行分析，得到隨著時間的增加，新疆水資源脆弱性水平越高，表明新疆水資源越脆弱，越需要進行實施節(jié)水研究。本研究對于新疆地區(qū)水資源研究具有重要意義，同時為其他相關(guān)研究提供一定的參考價值。