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标题 河南省水资源承载力评价
范文 杜华民



摘要：选择10项指标，采用主成份分析法对河南省水资源承载能力进行了定量评价，结果表明，河南省水资源承载力的主要影响因素是人口与经济、城市发展和水资源开发利用，特别是国内生产总值、固定资产值和总人口对水资源承载力的影响最大；对比不同城市，济源市、三门峡市、鹤壁市、驻马店市和漯河市等具有较强的水资源承载能力，而郑州市、洛阳市、新乡市和许昌市等则承受着较大的水资源压力。
关键词：河南省；水资源承载力；主成分分析法
中图分类号：TV213.9 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2014）06-0058-05
20世纪80年代，联合国教科文组织提出了“资源承载力”的概念，并提出了资源承载力的定义及量化方法，此概念的提出对研究水资源承载力提供了理论基础[1]。承载力的研究最初应用于土地方面，之后，随着水资源危机的愈发严重，我国学者于1980年开始对水资源承载力进行了研究[2]。
目前，关于水资源承载力的研究尚未形成系统、科学的理论体系，对水资源概念的定义大概可以分为三种类型：第一种是水资源开发规模论，着眼于水资源可供开发利用的最大规模，以满足社会经济和环境的协调发展[3]；第二种是水资源承载最大人口论，是在可以预见的技术水平下，在维持社会经济环境资源协调发展的前提下，水资源可供承载的最大人口数；第三种是水资源支撑社会经济系统持续发展能力论，即水资源承载能力与社会经济可持续发展呈现正向关系，能否能实现最优的发展水平一定程度上依赖于水资源承载能力的高低[4]。
为增强对水资源承载力概念的理解，相关学者还提出了水资源承载力的内涵，如时空内涵、生态内涵、可持续内涵、社会经济内涵、技术内涵等方面[5]。对于水资源承载力的研究和评价方法主要有：趋势分析法、系统动力学方法、多目标决策法、模糊综合评价法、主成分分析法及生态足迹模型等等[6]。
1 区域基本概况
1.1 河南省自然概况
河南位于中国中东部、黄河中下游，界于北纬31°23′-36°22′，东经110°21′-116°39′之间，东接安徽、山东，北界河北、山西，西接陕西，南临湖北，呈望北向南、承东启西之势。河南地理位置优越，古时即为驿道、漕运必经之地，商贸云集之所。河南国土面积16.7万km2，居全国各省区市第17位，约占全国总面积的1.73%；全省常用耕地面积720.12万hm2。地势基本上是西高东低。北、西、南三面太行山、伏牛山、桐柏山、大别山沿省界呈半环形分布；中、东部为黄淮海冲积平原；西北部为南阳盆地。
河南横跨黄河、淮河、海河、长江四大水系，境内1 500多条河流纵横交织，流域面积100 km2以上的河流有493条。黄河横贯中部，境内干流711 km，流域面积3.62万 km2，约占全省面积的1/5。省境中南部的淮河，支流众多，水量丰沛，干流长340 km，流域面积8.83万km2，约占全省面积的1/2。北部的卫河、漳河流入海河。西南部的丹江、湍河、唐白河注入汉水。全省水资源总量413亿m3，居全国第19位。河南水力资源蕴藏量490.5万kw，可供开发量315 kw[7]。
1.2 河南省社会经济概况
截至2012年，全省总面积16.7万km2，共有17个地级行政区划单位（其中：17个地级市），159个县级行政区划单位（其中：50个市辖区、21个县级市、88个县）。2011年年末总人口10 489万人，常住人口9 388万人。出生人口121万人，出生率11.56‰；死亡人口69万人，死亡率6.62‰；自然变动净增人口52万人，自然增长率4.94‰。城镇化率达到40.57%。
初步核算，2012年全省生产总值29 810.14亿元，比上年增长10.1%。分产业看，第一产业实现增加值3 772.31亿元，增长4.5%；第二产业17 020.20亿元，增长11.7%，其中工业增加值15 357.36亿元，增长11.8%；第三产业9 017.63亿元，增长9.2%[7]。
1.3 河南省水资源特点
据《河南省水资源公报2012》相关数据表明，2011 年全省平均降水量736.2 mm，折合降水总量1 218.60 亿m3，较上年减少12.5%，较多年均值（1956年-2000 年） 减少4.6%，属平水年份稍偏枯。2011 年全省降水量总体上区域分布较均匀，从南到北无明显递减，西部稍大于东部。2011年度降水量时间分配相对均匀，非汛期（1月-5月，10月-12月）降水量264.7 mm，占全年降水的36.0%，较多年同期偏少不足10.0%。局部区域出现冬春旱；汛期天气变化比较平稳，6月-9月降水量471.5 mm，占全年降水量的64.0%，接近于多年均值。
2011 年全省水资源总量为327.94 亿m3，比多年均值（403.5亿m3）偏少18.7%，比上年减少38.7%，全省平均产水模数19.8万m3/km2，产水系数0.27。其中地表水资源量222.5 亿m3，折合径流深134.4 mm，比多年均值304.0 亿m3偏少26.8%，比上年度偏少46.9%；地下水资源量为191.80 亿m3，其中山丘区83.30 亿m3，平原区122.43 亿m3，平原区与山丘区地下水重复计算量为13.93 亿m3。全省地下水资源模数为11.6 万m3/km2。2011年度全省地下水资源量比多年均值（196.0 亿m3）减少2.1%，比上年减少10.6%[8]。
2 数据来源与方法
2.1 数据来源
水资源是个复杂的系统，水资源承载力涉及经济、社会、环境资源等各个方面，影响因素包括生产力水平、消费水平和结构、人口数量与结构、政策法规、人文等层面，因此，水资源承载力的评价因素的选择非常关键[9]。在构建评价指标体系时，必须遵循科学性、系统性、综合性、层次性、区域性、动态性等基本原则[10]。
本文参照全国水资源评价指标体系，同时根据《2011年河南水资源公报》、《河南省统计年鉴2012》、《中国城市统计年鉴2012》和《中国城市建设统计年鉴2012》等数据资料，选取了如下10个指标：总人口（X1）、国内生产总值（X2）、固定资产值（X3）、居民消费水平（X4）、城市化率（X5）、降水量（X6）、供水量（X7）、水资源利用率（X8）、万元GDP用水量（X9）、污水年排放量（X10），其中正向指标有降水量（X6）、供水量（X7）；负向指标有总人口（X1）、国内生产总值（X2）、固定资产值（X3）、居民消费水平（X4）、城市化率（X5）、万元GDP用水量（X9）、污水年排放量（X10）[11]。
2.2 评价方法
本文采用主成分分析方法[12]进行水资源承载力综合评价，步骤如下。
（1）对p个指标的p×n个原始数据，采用Z-score法进行无量纲化处理。
（2）计算指标的相关系数矩阵Rjk 。
Rjk=1n·∑ni=1（Xij-Xj）Sj·（Xik-Xk）Sk=1n·∑ni=1Zij·Zik，Rjk=Rkj，Rjj=1
（1）
（3）求Rjk的特征值lk（k=1，2，…，p）和特征向量Lk（k=1，2，…，p），根据特征方程|R-λI|=0计算特征值λk，并列出λk的特征向量Lk。
（4）计算贡献率Tk=λk/∑pj=1λj和累积贡献率Dk=∑kj=1Tk，选取Dk>85%的特征值λ1，λ2，…，λm（m（5）计算主成分指标的权重Wj。把第m个主成分特征值的累积贡献率Dk定为1，计算出T1，T2，…，Tm所对应的新的T′ 1，T′ 2，…，T′ m，即为主成分指标的权重值。
（6）计算主成分得分矩阵Yij（i=1，2，…，n，j=1，2，…，m）。
（7）根据多指标加权综合评价模型式（2）计算综合评价值。
Fi=∑pj=1Wj·Yij （i=1，2，…，n，j=1，2，…，p）
（2）
式中：Wj为第j个主成分指标的权重；Yij表示第i个区域单元的第j个指标的单项评价值。此时W′ j=T′ j（j=1，2，…，m），Yij即是主成分得分矩阵（i=1，2，…，n，j=1，2，…，m）。
（8）计算主成分与综合主成分得分。因子变量确定以后，对每一样本数据在不同因子上的具体数据值，就是综合评价值，它和原变量的得分相对应[13]。
以各因子的方差贡献率为权数，由各因子的线性组合得到综合评价指标函数，
3 水资源承载力评价
本文根据上述指标体系，经过计算处理得到河南省水资源承载力的10个指标（表1）。运用spss15.0统计分析软件，进行主成分分析，得出相关系数矩阵Rjk（见表2），计算出特征值和主成分贡献率（见表3）和旋转后的因子载荷矩阵（见表4）[14]。
从表3可见，第9列为旋转后的3个公共因子的方差贡献率，分别为41.583%、24.774%、17.832%，其累积贡献率已达到84.19%，因此，选择前3个因子已经足够描述河南省各个地市水资源的承载力状况。
由表4可知，第一个公共因子在总人口、国内生产总值和固定资产值上有较大载荷，可以命名为人口与经济因子；第二个公共因子在城市化率上有较大载荷，可以命名为城市发展因子；第三个公因子在水资源利用上有较大载荷，可以命名为水资源开发利用因子。
为了评价河南省各个地市水资源承载力状况，需要求出主成分得分系数矩阵，结果见表5。 以各因子的方差贡献率为权数，由各因子的线性组合得到综合评价指标函数，得出河南省各地市水资源承载力因子得分，见表6。
通过以上主成分分析，可以得出如下结论。
（1）影响河南省水资源承载力的因素主要包括人口与经济因素、城市发展因素和水资源开发利用因素。从单个因子来看，国内生产总值和固定资产值对水资源承载力的影响最大，因子载荷量达到97%，其次是人口总量的影响。GDP总量的不断提升以及社会固定资产投资的加大对水资源的需求量大增，加大了水资源压力；而城市化水平的加快使外来人口大量涌入城市，人口数量的不断增加必然导致生活用水量大幅攀升，使水资源承载能力下降，而水资源利用率的过高也说明了水资源再生能力的下降。
（2）从河南省各城市水资源承载力排序来看，济源市、三门峡市、鹤壁市、驻马店市和漯河市等具有较大的水资源承载能力，而郑州市、洛阳市、新乡市和许昌市等则承受着较大的水资源压力，城市处于较为严重的缺水状态[15]。
总体上，河南省水资源承载力比较差，18个城市中有8个的水资源承载力的评价值低于0，这对于河南省经济社会发展来说无疑是一个巨大的挑战。
4 结语
河南省水资源区域分布差异较大，地下水资源开发程度较高，但地表水利用率过低，浪费严重。本文利用主成分分析这种多指标评价法对影响河南省水资源承载力的关键因素进行筛选和分析，找出影响水资源承载力的关键指标，结果发现影响水资源承载力的关键因子是人口因素和经济因素；全省18个城市的水资源承载能力差别较大，利用前景不容乐观。因此，必须强化节水意识，控制人口过快增长尤其是要加强对城镇化进程的规划，改变唯GDP的发展模式，同时要不断调整产业结构，大力发展环保节水的新兴产业，要大力发展节水农业，减少水资源的浪费和污染。
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