银川市水资源承载能力评价研究

雷 筱，陈小燕

(1.宁夏水利科学研究院，宁夏 银川 750021;2.宁夏西吉县水务局，宁夏 西吉 756200)

0 引言

随着环境污染、资源短缺、人口过度增长等全球性问题的出现，水资源状况迅速恶化，“水危机”日益严重，已对人类社会可持续发展产生了重大影响.城市，作为人口和环境污染高度密集的地区，资源环境的承载能力及水资源的供给度对它的发展起着决定性的作用.如何在有限的水资源条件下，对城市水资源在工业、农业及城镇居民用水等方面进行优化分配，以取得最大社会效益和经济效益已成为各级领导部门和学术界人士关心和探讨的问题［1］.目前国内对水资源承载力的研究较多，但对水资源承载力的概念内涵却并没有形成统一的认识.总的来说，水资源承载力的概念内涵，是伴随可持续发展理念的产生，以及在对社会可持续发展与水环境相互关系有了深刻认识基础上提出来的，都涉及在特定的社会、经济、环境水平下，通过对水资源的合理配置及利用，实现当地水资源最大限度满足其区域发展的需要，但不损害水资源可持续利用的能力.

常用的水资源承载能力评价方法有很多，如王美霞［2］等采用GIS技术对关中——天水经济区水资源承载力进行了评价研究;王怀柱［3］等基于遗传算法的投影寻踪聚类模型对银川市各地区水资源承载能力的评估研究;贡力等采用模糊综合评价方法对兰州市的水资源承载力进行了评价研究;杨广［4］等基于物元模型对干旱区的水资源承载能力进行了评价研究等等.这些评价方法各有特点，能不同程度反应区域的水资源承载能力，但在具体分析过程中都存在一定的局限性.主成分分析法采用将维方法，将原来大量的变量转换为具有高度概括性的少数几个变量，这几个变量包含资料中大部分的信息，可以避免人为的主观任意性.鉴于此，本文采用主成分分析法对银川市水资源承载力进行评价研究.

银川市近年来城市规模迅速扩张、城市人口倍增、工业化进程加快，对水资源的需求不断增加.作为银川市主要用水来源的黄河，来水量却逐年减少，水资源供需紧张.因此，对银川市水资源承载能力进行量化研究，对当地具有紧迫的现实意义.

1 银川市区域水资源概况

银川市地处宁夏平原引黄灌区中部，下辖三区两县一市，是西部大开发的重点城市之一.境内水资源主要由地表水、黄河过境水、地下水三种水资源类型组成，城市发展对黄河的依赖较大.地表水主要由降雨转化而来，2011年全市天然地表水资源量为0.775亿m3，多年平均可用量约为0.147亿m3.2011年全市可用水量合计为30.937亿m3，比2005年和2009年皆少，其中比2005年的38.173亿m3少7.236 m3，比 07 年的 31.075 m3少 7.098 m3;黄河流经银川市约80 km，平水年用于农业灌溉的水量为3亿m3，耗水量约为1.32亿m3.2011年全市供水总量约为24.889亿m3，其中黄河供水量为22.849 亿 m3，占总量的 91.8%;2005 －2011 年，单位面积可用水量处于逐渐下降的趋势，其中2005年为50.6 × 104m3·a－1·km－2，2011 年为 41.02 ×104m3·a－1·km－2;随着人口的迅猛增加，人均可用水量下降的尤其快，2005 年为2715 m3·a－1·人－1，2011年已下降为1527 m3·a－1·人－1;地下水资源量相较西北地区其它城市是比较丰富的，主要来源于渠系和田间灌溉渗漏及雨水的补给，2011年全市地下水资源量为7.313亿m3，地下水允许开采资源量为0.72584亿m3/a，其中矿化度小于1L的地下水开采资源量为 0.40559 亿 m3/a［5］，见表 1.

表1 主要年份银川市可用水量比较

近年来，银川市通过采取农业节水措施，黄河水权置换方式解决了宁东能源化工基地用水.但随着工农业的快速发展及工业用水工艺落后等原因，造成工业用水效益较低，对水资源的浪费较严重.同时，城市人口迅猛增加，2011年全市人口为204.63万人，是2003年的2.04倍，全市居民生活用水量 2011 年为 44.52 t，少于全区的 64.1 t.根据测算，当人口达到200～300万时，全市现已探明的地下水资源量将无法满足用水需求，届时，如果缺乏合理的解决办法，将产生严峻的供需矛盾.另外，近年来黄河来水锐减，1992年宁夏引黄灌区的引水量为80.13 亿 m3，2000 年为 78.36 亿 m3，2011 年为65.238 亿 m3，比1992 年少引14.892 亿 m3，2000 年少引13.122亿m3，对农业灌溉用水及地下水的补给都产生了较大影响.引黄灌区中各引排水渠系在承担农田退水排水外，同时也接纳着沿途工矿企业工业废水污水、居民生活废污水.由于保护不力，企业环保意识不强，加之污水处理能力的不足，水资源的污染也日益严重.2011年全市废污水的排放量为5893.7万t，排入污水处理厂的仅为1263.98 t.

2 指标体系构建及评价方法

2.1 指标体系构建

选择能够客观反应研究区现状及未来发展趋势的指标体系，对科学、准确评价研究区水资源承载能力具有重要意义.笔者在参考前人研究的基础上［6－7］，根据选择因子能够反应研究区的差异、数据可得性及具有代表性等原则，选择了灌溉率、水资源利用率、产水系数、供水模数、需水模数、人均供水量6个指标作为评价指标.各指标的涵义如下:

灌溉率(X1):灌溉面积与耕地面积之比(%);水资源利用率(X2):供水量与总水资源量之比(%);产水系数(X3):径流量与降雨总量之比;供水模数(X4):供水量与土地面积之比(万m3/km2);需水模数(X5):需水量与土地面积之比(万m3/km2);人均供水量(X6):供水量与总人口之比(m3/人).

2.2 评价方法

主成分分析是把反映样本某项特征的多项指标变量转化为少数几个综合变量，是设法将原来众多具有一定相关性，重新组合成一组新的互相无关的综合指标来代替原来指标的一种多元统计方法.它的目标就是要在力保数据信息丢失最小的原则下，对高维变量空间进行将维处理.主成分分析法最大的优点表现为能够保留主要原始数据信息，并且能使各种因素间的相关性以数据形式呈现在结果中，非常直观［8］.

本文以《宁夏统计年鉴》《中国城市统计年鉴》及各年度银川市统计公报等资料为基础，构建了银川市水资源承载能力评价指标体系.并采用主成分分析方法，利用SPSS13.0统计软件对银川市水资源承载力进行了评价研究.

3 计算结果

本文运用SPSS13.0统计分析软件，对选取的银川市水资源承载力指标体系进行计算，得出方差贡献率和累计贡献率，见表2，并计算主成分载荷，见表3.具体计算过程如下:

表2 方差分解主成分提取分析表

由表2可知，前两个主成分累积方差贡献率高达87.818%，表明前两个主成分构造出的综合指标能够衡量银川市水资源承载力的水平.

由表3可知，第一主成分F1在灌溉率、水资源利用率这两个指标上有较大正的载荷，主要反应了灌溉效率及水资源利用效率等;在供水模数、人均供水量上有较大的负载荷，主要反应了供需矛盾.第二主成分F2在需水模数上有较大载荷.根据各个年份在两个主成分上分配的权重以及主成分的贡献率加权求和得到综合得分值，见表4.计算公式如下:

表3 初始因子载荷矩阵

表4 各主成分及综合评价得分

4 结论与讨论

本文选取了银川市2003－2011年6个综合指标作为研究的基本数据，采用主成分分析方法对该区域的水资源承载能力进行了量化研究，得出以下结论:

(1)从表2可以看出，第一主成分F1在灌溉率及水资源利用率两个因子上有较大的正相关，得分分别为0.879和0.673，这两个因子综合为水资源利用效率.银川平原作为全区重要的粮食蔬菜产地，全市的农业灌溉用水主要依靠黄河过境水.2011年有效灌溉面积为14.7万ha，比2003年增加了15.03%，而黄河在宁夏段年径流量在9年间基本保持在280亿m3左右，全区引扬黄水总量也基本保持在65亿m3左右，因此，农业灌溉用水的满足得益于灌溉用水效率的提高.

另外，随着工业的发展，工业用水量增加迅速.银川市通过制定全市节水工作总体目标，建立健全节水机制，强化目标责任制，加强用水资源管理、加大节水技术改造、淘汰落后耗水工艺设备等措施，极大地提高了水资源利用效率，工业用水重复利用率提高到88%，大大提高了水资源利用率［9］.

(2)从表2可以得出，第一主成分F1在供水模数和人均供水量上有较大负相关，得分分别为－0.931和 －0.887，这两个因子综合为供需矛盾.近年来，随着人口的迅猛增加，银川市市区的供水量已经接近极限，2011年全市人口为202.57万人，比2003年增加了32.69%，而供水总量2011年为24.889亿 m3，却比2003年减少了16.05%，供需矛盾十分突出.在今后的发展中，银川市应通过提高水资源利用率、新建供水厂，改造供水管网、发展水源循环经济、大幅度提升工业企业循环用水率和城市中水利用率等措施满足城市人口增加及工农业发展日益增加的用水需求.

(3)从表2可以得出，第二主成分F2在需水模数上有较大正相关，得分为0.583，这个因子主要体现了用水需求.随着人口及社会经济的发展，银川市的用水需求也迅猛增加，2011年全市总需水量为24.889亿 m3，比 2003 年增加了 14.7%.在分项需水量中，农业需水量最大，为22.087亿m3，工业和城乡生活用水分别为 1.884 亿 m3，0.777 亿 m3，各项用水在9年间增加幅度都较大.

(4)由表3可以看出，2003－2011年银川市水资源承载力综合得分在9年间略有波动，但总的来说处于逐年变好的趋势，2003年综合得分为－2.833，2008年开始转为正值，得分为0.586，2011年为2.573.之所以有这样的发展趋势，可以将之概括为下面两个方面的努力.一方面，为发展经济，满足宁东能源化工基地工业用水需求，银川市在水资源总量不变的情况下，通过采取工农业水权转换、对灌区进行节水改造等方式，调整用水结构，改变目前水资源利用格局，提高水资源配置及利用效率，实现了在不损害农民利益的前提下，满足工业发展的需求.另一方面，银川市政府职能部门加强了执法离地，对水事违法案件严格查处，尤其加大了城市集中供水水源地重点保护地区的执法力度.这些措施均促进了银川市的水资源合理利用，加强了水资源的承载能力.

［1］贡 力，刘俊民.应用模糊综合评价分析方法对兰州市水资源承载力评价研究［J］.城市道桥与防洪，2007，7(7):147.

［2］王美霞，任志远，王永明，等.基于GIS的关中一天水经济区水资源承载力评价［J］.干旱地区农业研究，2010，11(6):222 －227.

［3］王怀柱，赵亚峰，郑元世.基于遗传算法的投影寻踪聚类模型对银川市各地区水资源承载能力评价［J］.宁夏大学学报:自然科学版，2009，12(4):408 －410.

［4］杨 广，何新林，李俊峰.基于物元模型的干旱区水资源承载力评价研究［J］.人民长江，2009(11):52 －54.

［5］王红燕，高宇.合理开发和保护银川市地下水资源［J］.宁夏工程技术，2003，2(4):391 －394.

［6］肖迎迎，宋孝玉，张建龙.基于主成分分析的榆林市水资源承载力评价［J］.干旱地区农业研究，2012(4):218－223.

［7］张吉献，李敏纳，宋绪钦.河南省水资源承载力评价研究［J］.地域研究与开发，2005(2):121－124.

［8］张文霖.主成分分析在SPSS中的操作应用［J］.理论与方法，2005(12):31－34.

［9］银川晚报多媒体数字报刊系统.银川工业用水重复利用率达到88%［N/OL］.2012－04 －10［2013－03－10］.http://szb.ycen.com.cn/html/2012 －04/10/content_224447.htm.