主成分分析法在遼河干流水資源承載力評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王春杰　張薇　王川川

摘要：將主成分分析法引入到水資源承載力研究中。以遼河干流為例，利用主成分分析法定量分析影響水資源承載力變化的最主要的驅(qū)動(dòng)因素，結(jié)果表明：遼河干流水資源承載力的影響因素可以歸納為水資源開(kāi)發(fā)利用因素、人口因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素3類；通過(guò)分析區(qū)域內(nèi)各個(gè)城市的水資源承載潛力，表明遼河干流的承載能力基本處于飽和狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：水資源承載力；主成分分析法；遼河干流；影響因素

中圖分類號(hào)：TV213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2015）04-00053-03

水資源是人類不可缺少且無(wú)法替代的重要環(huán)境資源，是維持社會(huì)進(jìn)步、國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。研究水資源承載力的目的是為了揭示水資源、流域經(jīng)濟(jì)和人口之間的關(guān)系，以充分合理地利用水資源，使經(jīng)濟(jì)建設(shè)與水資源保護(hù)同步進(jìn)行，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。

1 主成分分析法的評(píng)價(jià)步驟

根據(jù)城市或流域的具體情況選取適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)，應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行計(jì)算。最終由各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值可算出2個(gè)或3個(gè)主成分得分和綜合得分F，F(xiàn)值越高說(shuō)明該年的水資源承載力越小，反之亦成立。

2 主成分分析法研究實(shí)例

本研究選取遼河干流地區(qū)，評(píng)價(jià)水平年選取現(xiàn)狀年2005年，計(jì)算流域分區(qū)劃分到三級(jí)區(qū)（即遼寧省內(nèi)的柳河口以上區(qū)間和柳河口以下區(qū)間），按行政分區(qū)分為鐵嶺、沈陽(yáng)、撫順、阜新、盤錦、錦州、鞍山7個(gè)城市。

2.1 影響因素的選取

按照評(píng)價(jià)指標(biāo)的可測(cè)性、可靠性及充分性原則，考慮各區(qū)域水資源及其利用特點(diǎn)，選取不同的指標(biāo)體系。根據(jù)遼河干流的具體情況，采用以下10個(gè)指標(biāo)：人均水資源可利用量X1；水資源開(kāi)發(fā)利用程度X2；單位面積水資源可利用量X3；供水量X4；人口密度X5；生態(tài)用水率X6；萬(wàn)元增加值用水量X7；耕地灌溉率X8；人均GDP X9；生活用水定額X10。這些因素全面反映了影響水資源承載力的供需水情況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況（如耕地、人口等）及區(qū)域生態(tài)環(huán)境情況。

2.2 主成分分析法評(píng)價(jià)

選擇2005年的資料作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用SPSS分析軟件對(duì)樣本進(jìn)行分析計(jì)算，得出相關(guān)矩陣、特征值、主成分貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率。為了消除統(tǒng)計(jì)誤差及量綱差異，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣；然后用SPSS軟件進(jìn)行主成分分析，得到遼河干流水資源承載力變化驅(qū)動(dòng)因素相關(guān)系數(shù)矩陣和主成分特征值及貢獻(xiàn)率。

主成分分析結(jié)果表明：前3個(gè)主成分的立即貢獻(xiàn)率已達(dá)到84.88%，基本上代表了全部因素對(duì)遼河干流水資源承載力的影響，基本符合分析的要求。下一步得出主成分載荷矩陣（見(jiàn)表1），它是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)。

從表1可以看出：X1，X3，X6，X7與第一主成分有很大的正相關(guān)；X5，X8與第二主成分有較大的正相關(guān)；X9與第三主成分有較大的正相關(guān)。因此，遼河干流水資源承載力的主要影響因素可歸納為水資源開(kāi)發(fā)利用、人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展3個(gè)方面。從橫向分析，各因素評(píng)價(jià)如下：

1） 水資源開(kāi)發(fā)利用因素。第一主成分包含了46.18%的變化率，它是影響遼河干流水資源承載力的主控因素，同時(shí)也可以控制其他因素的變化。

2） 人口因素。第二主成分包含了23.97%的變化率，人口作為一種持續(xù)的外界壓力，也是影響遼河干流水資源承載力的一個(gè)關(guān)鍵因素。

3） 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。第三主成分包含了14.73%的變化率，它也是影響該地區(qū)水資源承載力的一個(gè)主要因素。

2.3 水資源承載力的分類

一般情況下將上述因素對(duì)水資源承載力的影響程度劃分為3個(gè)等級(jí)，即承載力大、中、小3種情況，分別用V1，V2，V3表示。V1級(jí)屬情況較好，表示該地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)尚處于初始階段，開(kāi)發(fā)程度低，水資源開(kāi)發(fā)潛力大；V3級(jí)屬情況較差，表示水資源的承載能力已經(jīng)接近飽和值，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)潛力很??；V2介于兩者之間，表明該地區(qū)的水資源開(kāi)發(fā)利用程度已有相當(dāng)規(guī)模，但仍有一定的開(kāi)發(fā)潛力。

2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析及建議

經(jīng)對(duì)比分析可知：柳河口以上區(qū)間撫順的F值屬于一級(jí)，表明其水資源承載能力還有一定的開(kāi)發(fā)可能，潛力比較大，其供給情況比較樂(lè)觀；柳河口以上的沈陽(yáng)部分，柳河口以下的阜新、錦州、盤錦和沈陽(yáng)的F值小于-0.676，屬于3級(jí)，表明這些地區(qū)的水資源承載能力已經(jīng)接近飽和，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的潛力很?。怀酥獾牧涌谝陨系母沸?、鐵嶺部分，柳河口以下的鞍山部分的F值處于-0.676～1.434之間，表明該地區(qū)的水資源開(kāi)發(fā)利用已達(dá)到一定規(guī)模，雖說(shuō)有一定的開(kāi)發(fā)利用潛力，但必須要合理利用。

總體來(lái)說(shuō)，遼河干流地區(qū)水資源的開(kāi)發(fā)利用程度已經(jīng)接近飽和狀態(tài)，水資源承載能力較差，開(kāi)發(fā)潛力已經(jīng)很小。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究利用主成分分析法對(duì)遼河干流地區(qū)的水資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，從總體上看，遼河地區(qū)的水資源開(kāi)發(fā)已經(jīng)基本處于飽和狀態(tài)，在今后的發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)該通過(guò)不同方法，如調(diào)整水價(jià)、加強(qiáng)節(jié)水和制污能力、加強(qiáng)區(qū)域調(diào)水能力等措施，增強(qiáng)遼河干流地區(qū)水資源的發(fā)掘潛力。

參考文獻(xiàn)

[1] 周琳，金輝.主成分分析法在江門市水資源承載力研究中的運(yùn)用[J].人民珠江，2007（5）：39-42.

[2] 王好芳，郭樂(lè)，竇實(shí).基于主成分分析的東江流域水資源承載力評(píng)價(jià)[J].水文，2008（4）：16-19.

[3] 陳臘嬌，馮利華，毛小軍.主成分分析法在水資源承載力影響因子評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2006（6）：362-364.

[4] 楊平，易衛(wèi)華，鄧沐平.基于主成分分析的江西省水資源承載力研究[J].廣東水利水電，2008（9）：19-22.

Abstract： The purpose is to introduce principal component analysis method to the research of bearing capacity of water resource. The article uses Liaohe River as an example to analyze the most main driving factors of influencing bearing capacity of water resource by using the method of principal component analysis. The result shows that the influencing factors of water resource bearing capacity of Liaohe River can be summarized as 3 categories： utilization factor， demographic factor and socioeconomic factor； the analysis of the potential of water resource bearing capacity for all regions in the cities shows that the bearing capacity of Liaohe River is basically saturated.

Key words： water resource bearing capacity； principal component analysis method； Liaohe river mainstream； influencing factor