李彥彬，郭嘉偉

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450046）

0 引言

隨著中國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化、升級，中國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)也逐漸走向綠色化、優(yōu)質(zhì)化，以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)已逐漸轉(zhuǎn)向以第二產(chǎn)業(yè)、 第三產(chǎn)業(yè)為主的高效益經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。 經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變推動人口逐漸從以農(nóng)業(yè)為主的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)流向人口更加密集的城市地區(qū)，致使中國的人口結(jié)構(gòu)趨向城市化［1］。城市化發(fā)展必須要考慮資源、環(huán)境的承載能力和發(fā)展?jié)摿?，不能損害支持地球生命的自然系統(tǒng)， 不能超越資源與環(huán)境的承載能力［2］。水資源是城市發(fā)展的基本保障，城市水資源承載力是以城市的可持續(xù)發(fā)展為原則，對水資源進行合理的開發(fā)， 以保證水資源系統(tǒng)能夠給城市人口、經(jīng)濟發(fā)展提供最大支持。 研究水資源承載力的目的是為了解決動態(tài)變化下水資源供需平衡和經(jīng)濟社會發(fā)展之間的矛盾，為合理配置區(qū)域資源、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)布局、制訂經(jīng)濟社會發(fā)展戰(zhàn)略提供參考［3］。 水資源承載力評價指標的選取是研究水資源承載力最為關(guān)鍵的一步， 旨在確保研究數(shù)據(jù)的科學(xué)性、準確性、權(quán)威性。 但水資源承載力評價指標體系是一個復(fù)雜、龐大的體系，其指標的選取存在數(shù)據(jù)獲取困難、時間維度不統(tǒng)一、重復(fù)化等問題?；疑P(guān)聯(lián)分析是一種多因素統(tǒng)計分析方法，它以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)， 用灰色關(guān)聯(lián)度來描述因素間關(guān)系的強弱、大小和次序［4］。采用該方法篩選水資源承載力評價指標， 具有計算簡單、 樣本需求量小、得到的信息多等優(yōu)勢。

鄭州市地處中國腹地，是國家新中心城市，具有一定的人口規(guī)模，經(jīng)濟實力強勁，其水資源承載力評價指標具有一定的代表性， 對其他中北部城市的水資源承載力評價指標的選取具有一定的參考價值。本研究從鄭州市的實際情況出發(fā)， 以科學(xué)性、 全面性、客觀性、預(yù)見性為準則，建立了水資源承載力評價指標體系， 并采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對其指標進行篩選。

1 研究方法

1.1 水資源承載力評價指標體系的建立

通過對他人研究成果的整理和歸納， 從鄭州市的實際情況出發(fā)， 筆者將鄭州市水資源評價指標概括為水資源條件、人口條件、經(jīng)濟條件和環(huán)境條件4個方面。 水資源條件反映了城市水資源系統(tǒng)的供需平衡， 城市水資源的先天條件可以體現(xiàn)出水資源承載力的強弱。 水資源豐富地區(qū)的水資源承載力要比水資源短缺地區(qū)的強。 水資源承載力的研究是以人為基礎(chǔ)的， 人口和水資源承載力相互制約、 相互影響。 經(jīng)濟條件包含城市的經(jīng)濟發(fā)展、 用水情況等指標。 經(jīng)濟越發(fā)達的地區(qū)，水資源承載力越具有優(yōu)勢。環(huán)境條件包含城市的環(huán)境用水及修復(fù)環(huán)境所需要的水量等。

1.2 水資源承載力評價指標的選取原則

水資源承載力評價指標的選取應(yīng)當遵循以下原則：（1）客觀、綜合考慮評價指標，避免主觀意識影響指標的選取。 （2）評價指標應(yīng)當反映出水資源條件、人口條件、經(jīng)濟條件、環(huán)境條件的用水情況，且數(shù)據(jù)便于獲取。 （3）評價指標應(yīng)具有時間動態(tài)性，應(yīng)盡可能反映研究區(qū)域水資源承載狀況隨時間變化的動態(tài)演變過程， 以便于對水資源可持續(xù)利用過程進行監(jiān)測、評估和預(yù)警［5］。

整理歷年《鄭州市水資源公報》《鄭州市環(huán)境統(tǒng)計年報》《鄭州市統(tǒng)計局數(shù)據(jù)》 等政府公布的水資源文件， 鄭州市水資源承載力初步評價指標系統(tǒng)選取21 個二級指標，具體如表1 所示。

表1 鄭州市水資源承載力初步評價指標系統(tǒng)Tab.1 Preliminary evaluation index system of water resources carrying capacity in Zhengzhou city

1.3 水資源承載力評價指標篩選方法

本研究采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對鄭州市水資源承載力評價指標進行篩選。 灰色關(guān)聯(lián)度是衡量事物之間、因素之間關(guān)聯(lián)性大小的量度，它通過比較目標數(shù)列和參考數(shù)列的相似度來確定參考數(shù)列的相關(guān)因素和目標數(shù)列因素的緊密性， 可較好地描述實物或因素之間的相互變化情況。 如果事物或因素變化的趨勢基本一致，則可以認為它們之間的關(guān)聯(lián)度較大；反之，關(guān)聯(lián)度較?。?］。 灰色關(guān)聯(lián)分析法計算步驟為：

（1）確定比較對象和參考數(shù)列。 設(shè)Y＝Y(jié)（k）|k＝（1，2，…，n）為參考數(shù)列，Xi＝Xi（k）|k＝（1，2，…，n），i＝（1，2，…，m）為比較數(shù)列。

（2）對各指標進行無量綱化處理。因各指標含義不同，且數(shù)據(jù)大小不一，不易比較或難以得到正確的結(jié)果，因此在進行灰色關(guān)聯(lián)度分析時，需要對其進行無量綱化（歸一化）處理。 本文采取初值化法對比較數(shù)列進行無量綱化處理，計算式為式（1）。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 關(guān)聯(lián)系數(shù)計算

鄭州市水資源承載力評價指標系統(tǒng)初步選取21 個指標，查閱《鄭州市水資源公報》《鄭州市環(huán)境統(tǒng)計年報》《河南省環(huán)境統(tǒng)計年報》 等資料， 整理出2010～2019 年評價指標數(shù)據(jù)，如表2 所示。

表2 評價指標2010～2019 年原始數(shù)據(jù)Tab.2 Evaluation index raw data from 2010 to 2019

續(xù)表2

應(yīng)用式（1）對表2 數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)的正向化或逆向化處理結(jié)果，確定參考值。因正向指標數(shù)值越大，越能體現(xiàn)其優(yōu)勢，反之亦然。因此，正向指標取最大值，逆向指標取最小值，結(jié)果如表3 所示。

表3 評價指標2010～2019 年數(shù)據(jù)無量綱化處理結(jié)果Tab.3 Non-dimension treatment results of evaluation index data from 2010 to 2019

應(yīng)用式（2）計算比較數(shù)列對應(yīng)指標的絕對差值，結(jié)果如表4 所示。

表4 指標絕對差值計算結(jié)果Tab.4 Calculation results of index absolute difference

表5 比較數(shù)列和相對參考數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計算結(jié)果Tab.5 Grey correlation coefficient calculation results of comparative progression and relative progression

續(xù)表5

根據(jù)式（4）求出各指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果如表6所示。

表6 各指標關(guān)聯(lián)系數(shù)計算結(jié)果Tab.6 Calculation results of each index correlation coefficient

對關(guān)聯(lián)系數(shù)比較，得出以下指標的排序。水資源條件的排序為：w1＞w7＞w4＞w2＞w3＞w5＞w6； 人口條件的排序為：p2＞p1＞p4＞p3； 經(jīng)濟條件的排序為：e2＞e3＞e4＞e6＞e5＞e1；環(huán)境條件的排序為：r1＞r3＞r2＞r4。

2.2 結(jié)果分析

篩選后的水資源條件指標的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)大多在0.847 1～0.905 4 之間，故保留水資源總量、人均水資源量、產(chǎn)水模數(shù)、降水總量、耗水總量、城市供水量。 水庫年蓄水變量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.538 9，與其他數(shù)值相差過大，因此被刪除。水資源總量排序為首，具有一定的合理性，水資源總量的大小最為明顯地反映水資源承載力，能夠體現(xiàn)其先天條件，其他保留指標都與水資源總量的關(guān)系相對密切。

篩選后的人口條件指標的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)大多在0.847 3～0.848 5 之間，故保留城鎮(zhèn)化率、人口總數(shù)、人口密度。 人口自然增長率灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.793 1，與其他指標相差大，因此被刪除。

篩選后的經(jīng)濟條件指標的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)值大多在0.824 3～0.879 5 之間， 故保留萬元GDP 用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、灌溉用水定額。第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人均GDP 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.782 9、0.692 0，與其他經(jīng)濟指標關(guān)聯(lián)系數(shù)差距大，故篩除。

篩選后的環(huán)境條件指標的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)值大多位于0.806 4～0.865 6 之間，故保留生態(tài)環(huán)境用水量、工業(yè)廢水排放量及生態(tài)環(huán)境耗水量。 生活廢水排放量灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)值為0.745 9，數(shù)值關(guān)聯(lián)不大，因此被刪除。

通過對21 個指標的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)排序及篩選，最終保留水資源總量、人均水資源量、產(chǎn)水模數(shù)、降水總量、耗水總量、城市供水量、城鎮(zhèn)化率、人口總數(shù)、人口密度、萬元GDP 用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、灌溉用水定額、生態(tài)環(huán)境用水量、工業(yè)廢水排放量、生態(tài)環(huán)境耗水量。

3 結(jié)語

本研究針對鄭州市的實際情況， 從水資源、人口、經(jīng)濟、環(huán)境4 個方面考慮，初步建立了水資源承載力評價指標體系， 再運用灰色關(guān)聯(lián)分析法對指標進行約簡，刪除不重要的指標，以客觀的角度分析評價指標。本研究初步篩選的21 個評價指標在一定程度上解決了鄭州市水資源承載力評價指標的復(fù)雜化、重復(fù)化以及時間維度不統(tǒng)一等問題。運用灰色關(guān)聯(lián)分析法刪除關(guān)聯(lián)不緊密的指標，最終保留的15 個指標分別與水資源、人口、經(jīng)濟、環(huán)境關(guān)系密切，具有一定的合理性。