绍兴市水资源承载力研究

高玲玲,王昌义,甘若婷

(浙江师范大学 地理与环境科学学院,浙江 金华 321004)

水是生命之源,是人类生存的必不可少的物质基础,同时也是工农业生产、社会经济发展和生态环境改善不可替代的自然资源。水资源的污染和短缺,直接影响着人类的健康和社会的可持续发展。随着经济的迅速发展,人口数量的大量增加,人类对于水资源的需求也日益增大。如何提高水资源承载力已成为当今的热点问题。但目前对区域水资源承载力的定义,还没有一个统一的认识。大多学者根据自己的对水资源承载力的理解,赋予了水资源承载力的定义[1-3],存在较大的出入,冯尚友[4]认为水资源承载力可定义为：在一定区域内、在一定物质生活水平下,水资源所能够持续供给当代人和后代人需要的规模和能力。

1 研究区概况

绍兴市位于浙江省中北部 ,钱塘江口以南 ,介于北纬 29°13′至 30°16′,东经 119°53′至 121°13′,东连宁波市 ,南接台州市和金华市,西接杭州市,北隔钱塘江与嘉兴市相望,总面积8256 km2,人口64万。绍兴市地处浙西山地丘陵、浙东丘陵山地和浙北平原三大地貌单元的交接地带,地貌比较复杂。全市地貌可概括为“四山三盆两江一平原”。该市气候类型属于亚热带季风气候区,季风气候显著,四季分明,雨量充沛,气候温和湿润,冬夏季风交替明显,常年平均气温16.5℃,年平均降水约1461.2 mm[5]。

绍兴市河流较多,主要分属两大水系,即钱塘江水系和甬江水系。该区域多年平均水资源总量为75.31亿m3,但用水形势并不乐观。绍兴多年平均总水资源量较为丰富,但人均水资源占有量只有1467 m3,均低于全省和全国平均水平,也低于人均 2000 m3的国际缺水警戒线。据统计,绍兴市多年平均缺水量达到 8794万m3。随着经济的发展和人口的增加,用水形势将愈加严峻。

2 绍兴市水资源承载力分析

2.1 研究方法

主成分分析是把原来多个变量划分为少数几个综合指标的一种统计分析方法,这几个综合指标既能尽量多地反映原来较多变量指标所反映的信息,同时它们之间又是彼此独立的,这是一种降维处理方法。其基本思想是将实测的多个指标,用少数几个潜在的相互独立的主成分指标的线性组合来表示,构成的线性组合可以反映原多个实测指标的主要信息[6]。水资源承载力受多种因素影响,适合用主成分分析方法。

设区域水资源承载力系统原来有 p个评价指标,用 x1,x2,…,xp来描述,经主成分分析后得到m(m＜p)个新变量F1,F2,… ,Fm,则主成分分析的步骤如下。

(1)数据的标准化处理

(2)计算相关矩阵 R。

(3)计算 R的 J个特征值λ1,λ2,… ,λJ,以及对应的特征向量 U1,U2,… ,UJ。

(4)通过累计贡献率E确定主成分。其累计贡献率为

一般取E＞85%或特征值大于 1时最小的m,得到主成分

式中：Ukj为特征向量Uk的第 j个分量。

(5)求主成分权重ek。

(6)求综合评价指数 Z。

2.2 指标的选取

水资源系统是一个复杂的系统,涉及社会、经济、环境、生态、资源等各方面,所以选取指标时应尽量从不同角度、不同层面客观地反映区域水资源条件、开发利用状况、供需关系及生态环境等情况。为分析绍兴市水资源承载力,结合绍兴市水资源的实际情况,依据《2011年绍兴市统计年鉴》、《2002～2010绍兴市水资源公报》以及相关材料,选取了 12个与水资源承载力密切相关的指标,分别为总人口数(x1,万人)、GDP(x2,亿元)、年降水量 (x3,mm)、水资源总量 (x4,亿 m3)、年供水量 (x5,亿 m3)、农业用水量(x6,亿 m3)、生态环境用水(x7,亿 m3)、工业用水量 (x8,亿 m3)、耗水量 (x9,亿 m3)、生活用水量(x10,亿 m3)和农业灌溉用水量 (x11,m3/亩)和工业万元增加值用水量(x12,m3)共 12个指标(见表 1)。

表1 绍兴市水资源承载力评价指标值

2.3 水资源承载力分析

为了消除数据量对统计结果的影响,需要对数据采用标准化方法进行变换,并利用 SPSS统计软件得到因子的特征值、贡献率、累计贡献率(见表 2)。根据累计贡献率大于85%的原则,确定主成分因子。

表2 因子特征值、贡献率及累积计贡献

由表2可知,前3个主成分的累计贡献率已经达到90.982%,基本上代表了全部因子对绍兴市水资源承载力的影响,符合分析的要求,因此选取前 3个主成分C1,C2,C3进行分析,得到旋转后主成分C1,C2,C3在各变量上的载荷 (见表3)。

表3 旋转后主成分C1,C2,C3在各变量的载荷矩阵

由表3分析可知,第一主成分与总人口数、GDP、年供水量、环境用水、工业用水和生活用水存在着强正相关关系,可以认为,第一主成分是绍兴市的人口与经济发展驱动因子;第二主成分与水资源总量、降水量有着强正相关关系,可以认为它们是自然资源驱动因子;第三主成分主要是耗水量,可以归纳为资源利用驱动因子。

2.3.1 人口与经济发展驱动因子

第一主成分包含了61.864%的变化率,是主控因子,涵盖了绍兴市的人口和经济发展情况。第一主成分包含的指标多与经济相关,可以看出经济发展水平因素对绍兴市水资源承载力的影响尤为显著。改革开放以来,绍兴抓住发展机遇,大力招商引资,城市化水平显著提高。 2002年绍兴的GDP达到886.06亿元,到2010年绍兴市实现 GDP2795.2[7]亿元,年平均增幅达到13.5%。经济的迅速增长和城市化进程的加快,促使城市的工业、农业以及生活用水急剧增加。如绍兴纺织产业的发展,需要大量的水资源作为支撑,进一步加剧了当地的供需矛盾。

人口是影响绍兴市水资源承载力另一关键因子。固定人口持续增长、外来务工人员大量涌入,人口数量的剧增,对水资源的需求量将大幅度增加,给有限的水资源带来压力;另一方面,由于经济的发展,生活水平的改善,人均用水量在不断提高,必然要大规模的开发利用水资源,增加了水资源的压力。

第一主成分与农业灌溉水量、工业万元增加值用水量成较强负相关,反映了社会的进步,与绍兴建设节水型社会相符合。通过技术的进步或者节水意识的深入宣传,节水效果已经开始显现,但依然无法从根本上有效解决水资源危机。

2.3.2 自然资源驱动因子

第二主成分包含了 21.211%的变化率,主要指标是年降水量和水资源总量。绍兴市多年平均降水量为1461.2 mm,年平均水资源总量为63.785亿m3,较为丰富,但是人均拥水量只有1467.2 m3,小于浙江省人均拥水量,也低于国际公认用水紧张警戒线 2000 m3,用水形势不容乐观。绍兴市的水资源总量主要是地表水资源,年降水量的多少直接决定着地表水资源的总量。

2.3.3 水资源利用驱动因子

第三主成分占了8.363%的变化率,构成的主要因子是耗水量。耗水量则是指在输水、用水过程中,通过蒸腾蒸发、土壤吸收、产品带走、牲畜饮用等各种形式消耗掉,而不能回归到地表水体或地下含水层的水量,在一定程度上可以反映水资源的利用情况,归纳为水资源利用驱动因子。

2.4 绍兴市水资源承载力的综合评价

由累计贡献率(表 2),可以看出前3个主成分C1,C2和C3的累计贡献率达 90.982%,基本上保留了原指标的主要信息,故选C1,C2和C3分别为第一、第二、第三主成分,这样使原来的 12个指标转化为 3个新的指标。前 3个主成分C1,C2和C3的线性组合为：

其中,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,x10,x11,x12指经过标准化处理值。

根据主成分的信息贡献率及其线性组合,分别对历年绍兴水资源承载力进行评价。3个主成分的贡献率分别是 61.864%、21.211%和 7.908%,以此为权重加权合成水资源承载力的综合评价模型：

Z=0.61864C1+0.21211C2+0.07908C3

进而计算出主成分C1,C2,C3和主成分综合得分(见表4)。

表4 各主成分及综合得分

表4可以得知,各主成分的得分有正有负,正负并不直接表示大小,而是表示该年所处的水平,正值表示高于平均水平,负值表示低于平均水平。各主成分的得分存在明显波动,说明不同年份,影响水资源承载力的因素的作用强度存在较大差异。

第一主成分是绍兴市的人口和经济发展驱动因子,主要反映了绍兴市水资源的用水压力。第一主成分的得分不断增加,呈上升趋势,表明绍兴水资源用水压力不断增加,其原因是社会经济水平不断提高和人口的迅速增加,需求的水资源总量也日益增大。第二主成分主要是绍兴市自然资源驱动因子,可以看作绍兴的水资源供应能力。第二主成分的波动主要是由年降水而引起的,2002年是丰水年,年降水量1810.6 mm,比多年平均降水量多出 23.9%,所以该年第二主成分的得分最高。而 2003年是一个干旱年,降水最为稀少,因而得分最低。第三主成分得分表示耗水情况,总体是在下降的,说明水资源的利用率在提高,这与建设节水型社会相符合。

综合得分的变化趋势与第一主成分基本一致,是因为第一主成分被视为主控因子,占有61.864%的贡献率,说明绍兴市用水压力的变化对水资源承载力的影响最大。综合得分越大,水资源承载力就越小,所以就整体而言,2002～2010年绍兴市的水资源承载力是下降的。

3 结论

(1)运用主成分分析方法,对 12个与绍兴市水资源承载力紧密相关的指标进行分析,得出人口与经济驱动因子、自然资源驱动因子和水资源开发利用驱动因子是影响绍兴市水资源承载力的三大影响因素。

(2)从单个因子来看,年供水量、GDP和人口对绍兴水资源承载力的影响最为显著,因子载荷量分别是0.975,0.941和 0.934。可见经济的发展和人口的增长会对绍兴市水资源的承载力造成巨大压力。

(3)通过综合得分的评价,得出2002～2010年绍兴市水资源承载力总体上随时间变化呈下降趋势,其主要原因是随着经济的不断发展和人口的增加,对水资源的需求过大,而人们节水意识、水利基础设施、城市生活废污水处理、江河治理等水利工程无法跟上社会经济发展的步伐,导致绍兴市水资源承载力呈现逐年下降趋势。这也要求人们寻求水资源的可持续利用,必须坚持开源与节流结合,同时加强科技和管理水平,大力发展污水回用技术,推行循环经济,建设节水型、生态型的可持续发展城市。

[1]段春青,刘昌明,陈晓楠,等.区域水资源承载力概念及研究方法的探讨 [J].地理学报,2010,65(1)：82-92.

[2]许有鹏.干旱地区水资源承载力综合评价 [J].自然资源学报,1993,8(3)：229-237.

[3]师俊萍,杨 艳.论水资源承载力的分析评价方法 [J].陕西水利,2010(4)：121-122.

[4]冯尚友,刘国全.水资源持续利用的框架 [J].水科学进展,1997,8(4)：301-307.

[5]绍兴市水利局.绍兴水资源公报.2010.

[6]卢纹岱.SPSS统计分析[M].北京：电子工业出版社,2010.

[7]绍兴市统计局.2011绍兴市统计年鉴 [M].北京：中国统计出版社.