鄂州市水资源现状及可持续利用对策

2022-06-23范创刚

农村科学实验 2022年6期

何祥章奇范创刚赵玲

（湖北省鄂州市水文水资源勘测局,湖北鄂州 436000）

1.研究背景及意义

1.1 研究背景

地球，有72%的面积被水所覆盖，水资源总量约13.86x1018m3。虽然，地球上水资源很丰富，但是其淡水资源仅占所有水资源的2.53%，并且大部分淡水资源存在于冰川、永久积雪和地下深层，不能直接被人类生产生活所使用，能被人类利用的不到总量的1%。

中国水资源的总量约为27000xl08m3，其水资源总量是世界的6%。虽然，我国水资源总量丰富，但人均占有水资源量较低。目前，中国人均占有水资源量2239m3，仅为世界人均水资源的四分之一。

全球水资源供应紧张，但每年用水量却日益增多。据统计，1900 年，全球一年水资源消耗量只有4000 亿m3，到2000 年，年需水量猛增至60000 亿m3，平均每年增加了 560 亿m3。目前，随着许多国家对水的需求进一步增加，导致一些地区出现不同程度的用水危机，甚至影响到人民正常的生活。预计到2025 年，世界上将会有约30 亿人面临缺水的问题，淡水量在40 个国家和地区将严重不足。水资源不足，已经成为人类共同面临的危机之一。人类需要大量的水资源和水资源有限已成为不断尖锐的矛盾，迫使水资源问题及其影响得到有关组织的重视和探讨。

1.2 研究意义

党的十八大以来，习近平总书记多次强调治水的重要意义，提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”新时代治水方针。水是经济社会发展不可缺少和不可替代的重要自然资源和环境要素，水安全是涉及国家长治久安和中华民族永续发展的大事。

鄂州市位于湖北省东部，长江中游南岸，属于梁子湖水系。因地处湿润多雨地区，且长江临境而过，客水资源丰富，鄂州市从整体情况来看属于丰水地区。鄂州市年内降水主要集中在4 ～7 月，汛后易发生旱情。由于地势平坦、农业高速发展和人类对于水资源的影响，鄂州市水体水质有逐年下降趋势，特别是城市和水产养殖集中区的河湖水质明显恶化。

既有多水的威胁又有季节性缺水的危机，还面临着水污染等问题，同时，又受到最严格水资源管理考核的影响，水资源已成为影响其社会经济发展和人民美好生活需求的重要制约因素。因此，研究鄂州市水资源现状及可持续利用，可为探索水资源管理新模式、合理开发配置水资源、提高水资源利用效率和加强水资源保护提供科学可靠的决策依据。

鄂州市地理位置图

2.社会经济

鄂州市位于湖北省东部，长江中游南岸，西与武汉市的江夏区、洪山区接壤，东南分别与黄石市的大冶市、铁山区、下陆区、黄石港区毗连，北临长江，自西向东分别与武汉市的新洲区、和黄冈市的团风县、黄州区、浠水县等地隔江相望；北距首都北京、东距上海、西距重庆、南距广州均在1000km 左右，地处经纬介于东经114°32′～115°05′、北纬30°00′～30°06′之间，现辖鄂城区（包含临空经济区）、华容区（包含葛店经济技术开发区）和梁子湖区，辖区地域总面积1596km2。

根据湖北省第七次全国人口普查结果，鄂州市常住人口为107.94 万人，其中，鄂城区69.57 万人，人口密度1327 人/km2；华容区25.68 万人，人口密度543 人/km2；梁子湖区12.68 万人，人口密度229 人/km2；

2020 年鄂州市完成地区生产总值1005.23 亿元，按可比价计算，同比下降9.8%。其中，第一产业增加值99.2亿元，同比下降2.8%；第二产业增加值435.03 亿元，同比下降17%；第三产业增加值471 亿元，同比下降2.4%。

3.水资源现状

3.1 水资源利用现状

3.1.1 供水现状

2020 年，鄂州市总供水量12.9855 亿m3，其中蓄水工程供水0.4186 亿m3，占总供水量的3.2%；引水工程供水0.1444 亿m3，占总供水量的1.1%；提水工程供水12.4225 亿m3，占总供水量的95.7%。

3.1.2 用水现状

2020 年，鄂州市总用水量12.9855 亿m3。农业灌溉用水量2.3877 亿m3，占总用水量的18.4%；工业用水量9.2938 亿m3，占总用水量的71.6%；生活用水量0.8971亿m3，占总用水量的6.9%；生态环境用水量0.4069 亿m3，占总用水量的3.1%。

3.1.3 耗水量

2020 年，鄂州市用水的消耗量达到2.3855 亿m3（消耗量占总用水量的百分比）14.9%。其中农业的耗水量为1.3804 亿m3占总耗水量的57.9%；工业的耗水量0.6166亿m3，占总耗水量的25.9%；城镇生活耗水为0.3502 亿m3，占总耗水量的14.6%；生态环境耗水为0.0383 亿m3，占总耗水量的1.6%。

3.2 水质现状

随着，河湖长制的推行，近年来，大部分河流水质有所提升。2020 年在鄂州市主要江河湖泊上布设水质监测断面45 处，监测河长161.4km。在2020 年内，鄂州市全年期II 类水质河长为87.6km，占监测总河长的54.2%；Ⅲ类水质河长为73.8km，占监测总河长的45.8%。鄂州市全年期Ⅳ类湖泊个数为23 个，Ⅴ类湖泊个数为2 个。

2020 年，鄂州市一共监测和评价水功能区18 个，其中Ⅲ类水质的有14 个，其中Ⅳ类水质的有3 个，Ⅴ类有1 个。

4.水资源现状评价

第一，科学性原则

在最大程度上保证评价指标科学合理，能最大程度反映研究区域水资源的特性；选用科学客观的评价方法得出真实的评价结果。

第二，区域性原则

鄂州市有3 个行政区，不同的地域之间水资源情况具有差异，这种差异很大程度上决定了区域间在水资源分布情况上的不同。同时各区在社会经济发展和生态环境现状不同。因此，应根据选定研究区域的实际状况来建立评价指标体系。

第三，可行性和准确性相结合

为了更好地研究鄂州市水资源现状评价，选取指标时不能与指标本身所具有的信息条件的实际情况相背离，并且应该以数据获取的难易程度为前提，最好尽可能地选取简单的、易于理解的指标。

第四，全面性和层次性相结合

水资源现状评价指标系统是一个复杂的系统，要求选取的指标应体现其全面性，且具有足够的涵盖面，能全面反映鄂州市水资源现状的情况内涵。同时，又要求各个指标尽量地简单清晰、简洁和易于明了，能将简洁明朗的、层次感较强的指标体系代替较复杂的问题。

4.1 主成分分析方法介绍

主成分分析方法就是一个用少量的新变量来代替原来较多的变量，并且能保留原来变量的绝大部分信息的研究方法。

主成分分析步骤如下：

4.1.1 计算相关系数矩阵

Rab（a，b=1，2…，p）为原变量与的相关系数，rab=rba，其计算公式如下：

4.1.2 计算特征值与特征向量

首先，解特征方程，│λi–R │=0 求出特征值，并使其按大小顺序排列λ1 ≥λ2 ≥…≥λp ≥0。

其次，分别求出特征值λi 对应的特征向量(1，2，…，p)，要满足│ei │=1，，其中，表示向量的第j 个分量。

再次，计算主成分贡献率及累计贡献率：

然后，计算主成分载荷。

最后，

4.2 计算步骤

4.2.1 原始数据标准化

根据上述指标体系拟定的评价指标，对鄂州市各市州水资源现状评价共选取了9 个指标建立指标体系，将2020 年鄂州市各地评价指标相关统计数据作为此次主成分分析的原始数据表，如表4-1 所示。

表4-1 鄂州市各行政区主成分分析原始数据

一般不同的数据拥有不同的计量单位和不同的变异水平，因此在分析数据前，先要对各指标的数据进行无量纲化处理，消除各个数据单位对结果的影响。将鄂州市各区水资源分布情况原始数据导入SPSS软件进行主成分分析，标准化处理后结果表4-2 所示。

表4-2 鄂州市各行政区水资源系统数据标准化

4.2.2 计算相关系数矩阵

为了除去一些指标数据具有重复的信息，确保评价的结果具有科学的严谨性，本文使用软件SPSS 将有重复的信息剔除，可求得相关性矩阵、因子荷载矩阵等。相关性矩阵是反映变量之间相互关系的方阵，标准化数据计算出相关系数矩阵见表4-3。

表4-3 相关系数矩阵

4.2.3 确定主成分

运用SPSS 软件对标准化数据进行主成分分析，得到总方差分析表，见表4-4。

表4-4 总方差分析表

由总方差分析表可知，两二个成分方差大于1，且第一个主成分特征值为6.146，贡献率为68.292%；第二个主成分的特征值为2.854，贡献率为31.708%。前2 个主成分的累计贡献100%，说明取前2 个主成分变量就能提取到原来9 个变量的大部分信息，能充分反映鄂州市水资源系统的基本情况。提取载荷矩阵可知：第一主成分在年降水量上的载荷最大，可以命名为年降水量主成分。同理，第二主成分为地表水资源量。

4.2.4 确定主成分矩阵的特征向量

利用主成分分析法，运用SPSS 软件得到主成分矩阵见表4-5。

将因子1 和因子2 的载荷向量分别除以各自的主成分特征值的算术平方根即可得到各主成分的系数。那么第一主成分的各个系数是向量（0.904，0.968，0.984，0.960，0.928，0.963，-0.772，-0.341，-0.054）除以后得到，即（0.3646，0.3904， 0.3968，0.3872，0.3742，0.3884，-0.3115，-0.1377，-0.0218），这才是主成分1 的特征向量，满足系数的平方和等于。以此类推可得另外一个特征向量，计算结果见表4-6。