雷 筱，陳小燕

(1.寧夏水利科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750021;2.寧夏西吉縣水務(wù)局，寧夏 西吉 756200)

0 引言

隨著環(huán)境污染、資源短缺、人口過度增長等全球性問題的出現(xiàn)，水資源狀況迅速惡化，“水危機(jī)”日益嚴(yán)重，已對(duì)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響.城市，作為人口和環(huán)境污染高度密集的地區(qū)，資源環(huán)境的承載能力及水資源的供給度對(duì)它的發(fā)展起著決定性的作用.如何在有限的水資源條件下，對(duì)城市水資源在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及城鎮(zhèn)居民用水等方面進(jìn)行優(yōu)化分配，以取得最大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益已成為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)部門和學(xué)術(shù)界人士關(guān)心和探討的問題［1］.目前國內(nèi)對(duì)水資源承載力的研究較多，但對(duì)水資源承載力的概念內(nèi)涵卻并沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí).總的來說，水資源承載力的概念內(nèi)涵，是伴隨可持續(xù)發(fā)展理念的產(chǎn)生，以及在對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展與水環(huán)境相互關(guān)系有了深刻認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上提出來的，都涉及在特定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境水平下，通過對(duì)水資源的合理配置及利用，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厮Y源最大限度滿足其區(qū)域發(fā)展的需要，但不損害水資源可持續(xù)利用的能力.

常用的水資源承載能力評(píng)價(jià)方法有很多，如王美霞［2］等采用GIS技術(shù)對(duì)關(guān)中——天水經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究;王懷柱［3］等基于遺傳算法的投影尋蹤聚類模型對(duì)銀川市各地區(qū)水資源承載能力的評(píng)估研究;貢力等采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)蘭州市的水資源承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究;楊廣［4］等基于物元模型對(duì)干旱區(qū)的水資源承載能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究等等.這些評(píng)價(jià)方法各有特點(diǎn)，能不同程度反應(yīng)區(qū)域的水資源承載能力，但在具體分析過程中都存在一定的局限性.主成分分析法采用將維方法，將原來大量的變量轉(zhuǎn)換為具有高度概括性的少數(shù)幾個(gè)變量，這幾個(gè)變量包含資料中大部分的信息，可以避免人為的主觀任意性.鑒于此，本文采用主成分分析法對(duì)銀川市水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)研究.

銀川市近年來城市規(guī)模迅速擴(kuò)張、城市人口倍增、工業(yè)化進(jìn)程加快，對(duì)水資源的需求不斷增加.作為銀川市主要用水來源的黃河，來水量卻逐年減少，水資源供需緊張.因此，對(duì)銀川市水資源承載能力進(jìn)行量化研究，對(duì)當(dāng)?shù)鼐哂芯o迫的現(xiàn)實(shí)意義.

1 銀川市區(qū)域水資源概況

銀川市地處寧夏平原引黃灌區(qū)中部，下轄三區(qū)兩縣一市，是西部大開發(fā)的重點(diǎn)城市之一.境內(nèi)水資源主要由地表水、黃河過境水、地下水三種水資源類型組成，城市發(fā)展對(duì)黃河的依賴較大.地表水主要由降雨轉(zhuǎn)化而來，2011年全市天然地表水資源量為0.775億m3，多年平均可用量約為0.147億m3.2011年全市可用水量合計(jì)為30.937億m3，比2005年和2009年皆少，其中比2005年的38.173億m3少7.236 m3，比 07 年的 31.075 m3少 7.098 m3;黃河流經(jīng)銀川市約80 km，平水年用于農(nóng)業(yè)灌溉的水量為3億m3，耗水量約為1.32億m3.2011年全市供水總量約為24.889億m3，其中黃河供水量為22.849 億 m3，占總量的 91.8%;2005 －2011 年，單位面積可用水量處于逐漸下降的趨勢，其中2005年為50.6 × 104m3·a－1·km－2，2011 年為 41.02 ×104m3·a－1·km－2;隨著人口的迅猛增加，人均可用水量下降的尤其快，2005 年為2715 m3·a－1·人－1，2011年已下降為1527 m3·a－1·人－1;地下水資源量相較西北地區(qū)其它城市是比較豐富的，主要來源于渠系和田間灌溉滲漏及雨水的補(bǔ)給，2011年全市地下水資源量為7.313億m3，地下水允許開采資源量為0.72584億m3/a，其中礦化度小于1L的地下水開采資源量為 0.40559 億 m3/a［5］，見表 1.

表1 主要年份銀川市可用水量比較

近年來，銀川市通過采取農(nóng)業(yè)節(jié)水措施，黃河水權(quán)置換方式解決了寧東能源化工基地用水.但隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展及工業(yè)用水工藝落后等原因，造成工業(yè)用水效益較低，對(duì)水資源的浪費(fèi)較嚴(yán)重.同時(shí)，城市人口迅猛增加，2011年全市人口為204.63萬人，是2003年的2.04倍，全市居民生活用水量 2011 年為 44.52 t，少于全區(qū)的 64.1 t.根據(jù)測算，當(dāng)人口達(dá)到200～300萬時(shí)，全市現(xiàn)已探明的地下水資源量將無法滿足用水需求，屆時(shí)，如果缺乏合理的解決辦法，將產(chǎn)生嚴(yán)峻的供需矛盾.另外，近年來黃河來水銳減，1992年寧夏引黃灌區(qū)的引水量為80.13 億 m3，2000 年為 78.36 億 m3，2011 年為65.238 億 m3，比1992 年少引14.892 億 m3，2000 年少引13.122億m3，對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉用水及地下水的補(bǔ)給都產(chǎn)生了較大影響.引黃灌區(qū)中各引排水渠系在承擔(dān)農(nóng)田退水排水外，同時(shí)也接納著沿途工礦企業(yè)工業(yè)廢水污水、居民生活廢污水.由于保護(hù)不力，企業(yè)環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，加之污水處理能力的不足，水資源的污染也日益嚴(yán)重.2011年全市廢污水的排放量為5893.7萬t，排入污水處理廠的僅為1263.98 t.

2 指標(biāo)體系構(gòu)建及評(píng)價(jià)方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

選擇能夠客觀反應(yīng)研究區(qū)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢的指標(biāo)體系，對(duì)科學(xué)、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)研究區(qū)水資源承載能力具有重要意義.筆者在參考前人研究的基礎(chǔ)上［6－7］，根據(jù)選擇因子能夠反應(yīng)研究區(qū)的差異、數(shù)據(jù)可得性及具有代表性等原則，選擇了灌溉率、水資源利用率、產(chǎn)水系數(shù)、供水模數(shù)、需水模數(shù)、人均供水量6個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo).各指標(biāo)的涵義如下:

灌溉率(X1):灌溉面積與耕地面積之比(%);水資源利用率(X2):供水量與總水資源量之比(%);產(chǎn)水系數(shù)(X3):徑流量與降雨總量之比;供水模數(shù)(X4):供水量與土地面積之比(萬m3/km2);需水模數(shù)(X5):需水量與土地面積之比(萬m3/km2);人均供水量(X6):供水量與總?cè)丝谥?m3/人).

2.2 評(píng)價(jià)方法

主成分分析是把反映樣本某項(xiàng)特征的多項(xiàng)指標(biāo)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合變量，是設(shè)法將原來眾多具有一定相關(guān)性，重新組合成一組新的互相無關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原來指標(biāo)的一種多元統(tǒng)計(jì)方法.它的目標(biāo)就是要在力保數(shù)據(jù)信息丟失最小的原則下，對(duì)高維變量空間進(jìn)行將維處理.主成分分析法最大的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為能夠保留主要原始數(shù)據(jù)信息，并且能使各種因素間的相關(guān)性以數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)在結(jié)果中，非常直觀［8］.

本文以《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》及各年度銀川市統(tǒng)計(jì)公報(bào)等資料為基礎(chǔ)，構(gòu)建了銀川市水資源承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.并采用主成分分析方法，利用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)銀川市水資源承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究.

3 計(jì)算結(jié)果

本文運(yùn)用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)選取的銀川市水資源承載力指標(biāo)體系進(jìn)行計(jì)算，得出方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率，見表2，并計(jì)算主成分載荷，見表3.具體計(jì)算過程如下:

表2 方差分解主成分提取分析表

由表2可知，前兩個(gè)主成分累積方差貢獻(xiàn)率高達(dá)87.818%，表明前兩個(gè)主成分構(gòu)造出的綜合指標(biāo)能夠衡量銀川市水資源承載力的水平.

由表3可知，第一主成分F1在灌溉率、水資源利用率這兩個(gè)指標(biāo)上有較大正的載荷，主要反應(yīng)了灌溉效率及水資源利用效率等;在供水模數(shù)、人均供水量上有較大的負(fù)載荷，主要反應(yīng)了供需矛盾.第二主成分F2在需水模數(shù)上有較大載荷.根據(jù)各個(gè)年份在兩個(gè)主成分上分配的權(quán)重以及主成分的貢獻(xiàn)率加權(quán)求和得到綜合得分值，見表4.計(jì)算公式如下:

表3 初始因子載荷矩陣

表4 各主成分及綜合評(píng)價(jià)得分

4 結(jié)論與討論

本文選取了銀川市2003－2011年6個(gè)綜合指標(biāo)作為研究的基本數(shù)據(jù)，采用主成分分析方法對(duì)該區(qū)域的水資源承載能力進(jìn)行了量化研究，得出以下結(jié)論:

(1)從表2可以看出，第一主成分F1在灌溉率及水資源利用率兩個(gè)因子上有較大的正相關(guān)，得分分別為0.879和0.673，這兩個(gè)因子綜合為水資源利用效率.銀川平原作為全區(qū)重要的糧食蔬菜產(chǎn)地，全市的農(nóng)業(yè)灌溉用水主要依靠黃河過境水.2011年有效灌溉面積為14.7萬ha，比2003年增加了15.03%，而黃河在寧夏段年徑流量在9年間基本保持在280億m3左右，全區(qū)引揚(yáng)黃水總量也基本保持在65億m3左右，因此，農(nóng)業(yè)灌溉用水的滿足得益于灌溉用水效率的提高.

另外，隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)用水量增加迅速.銀川市通過制定全市節(jié)水工作總體目標(biāo)，建立健全節(jié)水機(jī)制，強(qiáng)化目標(biāo)責(zé)任制，加強(qiáng)用水資源管理、加大節(jié)水技術(shù)改造、淘汰落后耗水工藝設(shè)備等措施，極大地提高了水資源利用效率，工業(yè)用水重復(fù)利用率提高到88%，大大提高了水資源利用率［9］.

(2)從表2可以得出，第一主成分F1在供水模數(shù)和人均供水量上有較大負(fù)相關(guān)，得分分別為－0.931和 －0.887，這兩個(gè)因子綜合為供需矛盾.近年來，隨著人口的迅猛增加，銀川市市區(qū)的供水量已經(jīng)接近極限，2011年全市人口為202.57萬人，比2003年增加了32.69%，而供水總量2011年為24.889億 m3，卻比2003年減少了16.05%，供需矛盾十分突出.在今后的發(fā)展中，銀川市應(yīng)通過提高水資源利用率、新建供水廠，改造供水管網(wǎng)、發(fā)展水源循環(huán)經(jīng)濟(jì)、大幅度提升工業(yè)企業(yè)循環(huán)用水率和城市中水利用率等措施滿足城市人口增加及工農(nóng)業(yè)發(fā)展日益增加的用水需求.

(3)從表2可以得出，第二主成分F2在需水模數(shù)上有較大正相關(guān)，得分為0.583，這個(gè)因子主要體現(xiàn)了用水需求.隨著人口及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，銀川市的用水需求也迅猛增加，2011年全市總需水量為24.889億 m3，比 2003 年增加了 14.7%.在分項(xiàng)需水量中，農(nóng)業(yè)需水量最大，為22.087億m3，工業(yè)和城鄉(xiāng)生活用水分別為 1.884 億 m3，0.777 億 m3，各項(xiàng)用水在9年間增加幅度都較大.

(4)由表3可以看出，2003－2011年銀川市水資源承載力綜合得分在9年間略有波動(dòng)，但總的來說處于逐年變好的趨勢，2003年綜合得分為－2.833，2008年開始轉(zhuǎn)為正值，得分為0.586，2011年為2.573.之所以有這樣的發(fā)展趨勢，可以將之概括為下面兩個(gè)方面的努力.一方面，為發(fā)展經(jīng)濟(jì)，滿足寧東能源化工基地工業(yè)用水需求，銀川市在水資源總量不變的情況下，通過采取工農(nóng)業(yè)水權(quán)轉(zhuǎn)換、對(duì)灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造等方式，調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，改變目前水資源利用格局，提高水資源配置及利用效率，實(shí)現(xiàn)了在不損害農(nóng)民利益的前提下，滿足工業(yè)發(fā)展的需求.另一方面，銀川市政府職能部門加強(qiáng)了執(zhí)法離地，對(duì)水事違法案件嚴(yán)格查處，尤其加大了城市集中供水水源地重點(diǎn)保護(hù)地區(qū)的執(zhí)法力度.這些措施均促進(jìn)了銀川市的水資源合理利用，加強(qiáng)了水資源的承載能力.

［1］貢 力，劉俊民.應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)分析方法對(duì)蘭州市水資源承載力評(píng)價(jià)研究［J］.城市道橋與防洪，2007，7(7):147.

［2］王美霞，任志遠(yuǎn)，王永明，等.基于GIS的關(guān)中一天水經(jīng)濟(jì)區(qū)水資源承載力評(píng)價(jià)［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，11(6):222 －227.

［3］王懷柱，趙亞峰，鄭元世.基于遺傳算法的投影尋蹤聚類模型對(duì)銀川市各地區(qū)水資源承載能力評(píng)價(jià)［J］.寧夏大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，12(4):408 －410.

［4］楊 廣，何新林，李俊峰.基于物元模型的干旱區(qū)水資源承載力評(píng)價(jià)研究［J］.人民長江，2009(11):52 －54.

［5］王紅燕，高宇.合理開發(fā)和保護(hù)銀川市地下水資源［J］.寧夏工程技術(shù)，2003，2(4):391 －394.

［6］肖迎迎，宋孝玉，張建龍.基于主成分分析的榆林市水資源承載力評(píng)價(jià)［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2012(4):218－223.

［7］張吉獻(xiàn)，李敏納，宋緒欽.河南省水資源承載力評(píng)價(jià)研究［J］.地域研究與開發(fā)，2005(2):121－124.

［8］張文霖.主成分分析在SPSS中的操作應(yīng)用［J］.理論與方法，2005(12):31－34.

［9］銀川晚報(bào)多媒體數(shù)字報(bào)刊系統(tǒng).銀川工業(yè)用水重復(fù)利用率達(dá)到88%［N/OL］.2012－04 －10［2013－03－10］.http://szb.ycen.com.cn/html/2012 －04/10/content_224447.htm.