洪昕妍

(博爾塔拉水文勘測(cè)局，新疆 博樂 833400)

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，水資源短缺已經(jīng)成為我國(guó)一個(gè)巨大的水資源問題，尤其是對(duì)我國(guó)西北干旱半干旱地區(qū)而言，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響更具限制性。水資源承載力的提出為水資源研究提供了新的思路，有效地結(jié)合了水資源領(lǐng)域的承載力概念，使水資源定量評(píng)價(jià)更加生動(dòng)[1]。為了研究水資源稟賦與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，水資源承載力水平評(píng)價(jià)已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展關(guān)注的熱點(diǎn)問題[2]。

1 水資源承載力

承載力的概念最初是從工程學(xué)中借來的，最初是指地基強(qiáng)度承載建筑物的能力，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為描述發(fā)展限制程度最常用的概念之一[3]。生態(tài)學(xué)是第一個(gè)將這一概念引入科學(xué)領(lǐng)域的。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的原則，水資源承載能力是某地區(qū)在當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，能夠最大化的維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)發(fā)展，滿足生態(tài)用水需求的可用水資源量[4]。

不同的自然條件對(duì)于地區(qū)發(fā)展具有不同的影響，所以研究新疆區(qū)域水資源承載力時(shí)要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，因地制宜地提出新疆水資源開發(fā)和治理的建議[5]。為了使新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源的開發(fā)利用達(dá)到可持續(xù)，故提出對(duì)新疆地區(qū)水資源承載力的研究。

2 區(qū)域概況

新疆位于中國(guó)西北部，新疆中部，歐亞大陸的心臟地帶，東臨吐魯番市。西以昌吉市為界。屬溫帶大陸性干燥氣候，7、8月最熱，平均氣溫25.7℃[6]；最冷的是1月，平均氣溫為-15.2℃。地勢(shì)起伏，山區(qū)廣闊。南部和東北部高，中部和北部低，山區(qū)占總面積的50%以上。

水資源是地處內(nèi)陸干旱區(qū)的新疆最寶貴的資源。新疆水資源形態(tài)多樣，有冰川融水、地表徑流和地下徑流等。降水是水資源的供應(yīng)來源，降水的變化直接影響著水資源的變化。新疆地表水水質(zhì)良好，河流是內(nèi)河，河流很短而且分散，它們來自山區(qū)，主要由冰雪融水補(bǔ)給，水庫(kù)水位隨季節(jié)變化較大，分布在綠洲或平原水庫(kù)[7]。新疆地區(qū)共有河流46條，它們分別屬于烏魯木齊河、頭屯河、白洋河、阿拉溝湖和柴窩鋪湖。新疆地下水資源和冰川資源豐富，主要分布在烏魯木齊河上游、頭屯河的天山和東部的博格達(dá)山，儲(chǔ)量73.9億m3，平均消融量1.23億m3[6]。

3 水資源承載力評(píng)價(jià)

3.1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

3.1.1數(shù)據(jù)來源

本文研究所用數(shù)據(jù)均來自于2011—2017年《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》、《新疆水資源公報(bào)》。

3.1.2研究方法

本文采用主成分分析法對(duì)新疆水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。主成分分析是通過降維的方式，用少量指標(biāo)代表多數(shù)變量指標(biāo)，并盡可能多地反映多數(shù)變量指標(biāo)所反映的信息的一種獨(dú)立的統(tǒng)計(jì)分析方法[8]。具體計(jì)算步驟如下。

(1)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化：

(2)計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣：

(3)計(jì)算主成分貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率，將累計(jì)貢獻(xiàn)率大等于85%的確定為主成分[9]：

(4)計(jì)算主成分載荷：

(5)計(jì)算綜合得分對(duì)區(qū)域水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.2 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

水資源承載力的研究涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等各個(gè)要素，結(jié)合實(shí)際資料建立新疆水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[10]。選取12個(gè)指標(biāo)對(duì)新疆 2011—2017年水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

借助SPSS 22.0軟件對(duì)12個(gè)指標(biāo)因子進(jìn)行主成分?jǐn)?shù)據(jù)分析處理，得到分析結(jié)果見表1。

表1 因子方差表

表2 總方差結(jié)果表

由表2中我們可以看出，將12個(gè)因素根據(jù)總方差貢獻(xiàn)值最后分成了3個(gè)主成分，第一主成分貢獻(xiàn)值為51.269%，第二主成分貢獻(xiàn)值為24.468%，第三主成分貢獻(xiàn)值為14.878%，3個(gè)主成分的貢獻(xiàn)值累計(jì)達(dá)90.614%，說明前3個(gè)主成分足以代表所有因素的影響程度。

圖1為主成分分析生成的碎石圖。碎石圖按特征值的大小排列[11]，一般來說，碎石圖中拐點(diǎn)前所有因子和拐點(diǎn)后的第一個(gè)因子是主成分因素[12]。從圖1可以看出，前3個(gè)主成分的特征值較大，而其他成分較小，拐點(diǎn)出現(xiàn)在第五特征值處。由于前3個(gè)分量已經(jīng)滿足主成分的要求，所以沒有提取第四個(gè)因子。

圖2 成分碎石圖

表3 成分矩陣

由表3可知，第一主成分與總?cè)丝凇U水排放量、城市人口比例、區(qū)域總產(chǎn)值和固定資產(chǎn)投資呈正相關(guān)，與工業(yè)用水總量呈負(fù)相關(guān)，可以看見第一主成分反映了人口、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)方面。第一主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)到51.296%，占3個(gè)主成分的主要地位，說明人口、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是影響新疆水資源承載力的主要因素。從2011—2017年的7年間，新疆人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)處于不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這就導(dǎo)致了水資源大量消耗。同時(shí)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)的影響，水資源浪費(fèi)和水污染問題日益加劇，對(duì)新疆水資源承載能力造成影響[13]。

由表3可知，第二主成分與供水總量和農(nóng)業(yè)用水呈正相關(guān)，可以認(rèn)為第二主成分主要反映新疆水資源的用水程度與用水結(jié)構(gòu)。第二主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為24.468%，說明水資源的用水程度與用水結(jié)構(gòu)也是影響新疆水資源承載力的一個(gè)重要因子。新疆主要用水部門為農(nóng)業(yè)用水，其次為工業(yè)用水、生態(tài)建設(shè)用水以及居民用水，用水結(jié)構(gòu)不均，農(nóng)業(yè)用水效率低，造成水資源的不合理利用，此外新疆地區(qū)的降水主要集中在夏季，年內(nèi)水資源分配不均，這些都影響著水資源承載力。

由表3可知，第三主成分與人均水資源量呈正相關(guān)，與城鎮(zhèn)生活居民用水量呈負(fù)相關(guān)，可以認(rèn)為第三主成分主要反映新疆水資源的豐盈程度。第三主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為14.878%，說明水資源的豐盈程度也是影響新疆水資源承載力的一個(gè)重要因子。

進(jìn)行主成分計(jì)算得到：

F1=0.659X1+0.933X2-0.306X3-0.301X4-0.886X5+0.417X6-0.407X7-0.315X8+0.962X9+0.967X10+0.908X11+0.868X12

F2=-0.331X1+0.036X2+0.895X3+0.886X4+0.361X5-0.379X6-0.739X7+0.205X8+0.113X9+0.127X10+0.380X11+0.450X12

F3=-0.396X1+0.313X2-0.192X3-0.267X4-0.132X5-0.770X6+0.391X7+0.764X8-0.004X9+0.157X10+0.151X11+0.171X12

F=(51.296%/90.614%)F1+(24.468%/90.614%)F2+(14.878%/90.614%)F3

=0.566F1+0.27F2+0.1642F3

根據(jù)公式得到新疆水資源承載力綜合得分見表4，F(xiàn)1、F2、F3是主成分得分，F(xiàn)為綜合得分。正向得分表示該值高于研究時(shí)的平均水平，負(fù)向得分表示低于平均水平[14],綜合得分?jǐn)?shù)值越大，說明水資源承載力越強(qiáng)，反之承載力越弱。

表4 新疆水資源承載力綜合得分表

圖3 2011—2017年F值變化趨勢(shì)圖

由表4和圖2可以看出，新疆的水資源承載力隨著時(shí)間的增加，呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)，造成的主要原因是由于城市化的不斷推進(jìn)，以及人口和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源的需求和消耗不斷增加，但水資源利用效率和處污能力逐漸提高[15]。另外，人們的節(jié)水意識(shí)不斷提高，這在一定程度上可以提高水資源的承載能力[16]。

4 結(jié)語

水資源承載力可以很好的評(píng)價(jià)地區(qū)水資源的現(xiàn)狀及發(fā)展情況。本文對(duì)新疆地區(qū)2011—2017年社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然條件數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，構(gòu)建了新疆地區(qū)水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，借助SPSS 22.0軟件對(duì)12個(gè)指標(biāo)因子進(jìn)行主成分?jǐn)?shù)據(jù)分析處理，主要得到影響新疆水資源承載力的3個(gè)主成分為人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、用水程度與用水結(jié)構(gòu)以及水資源的豐盈程度。此外，研究結(jié)果顯示隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，新疆水資源承載力得分呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)，表明水資源承載能力逐步提高。本研究綜合社會(huì)經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面，對(duì)于推動(dòng)新疆地區(qū)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)調(diào)耦合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)利用具有一定的積極意義。