吉林省水資源可持續(xù)發(fā)展水平測度研究

邢艷春，王嘉策，李 京

(吉林財經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計學(xué)院，吉林長春 130117)

1 研究背景

在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的過程中，我國水資源相對緊缺，人們越來越意識到水資源可持續(xù)發(fā)展的重要性。水是生態(tài)系統(tǒng)的控制要素，河湖是生態(tài)空間的重要組成，水利是生態(tài)文明建設(shè)的核心內(nèi)容。自2015年4月16日，國務(wù)院正式發(fā)布《水污染防治行動計劃》(“水十條”)，我國各地、各級水利部門積極落實“水十條”政策，以改善水質(zhì)量為核心，積極踐行“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”新時期水利工作方針，全面落實最嚴(yán)格的水資源管理制度，大力實施水污染防治行動計劃，系統(tǒng)推進(jìn)水資源管理進(jìn)程，加快完善現(xiàn)代水利基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，努力推動治水興水管水快速邁進(jìn)新階段。習(xí)近平總書記在黨的十九大報告中指出，推動資源全面節(jié)約和循環(huán)利用，實施國家節(jié)水行動，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)和生活系統(tǒng)循環(huán)鏈接。在這種背景下，對位于我國東北地區(qū)的吉林省來說，全面具體了解吉林省各地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展水平，掌握水資源總體發(fā)展變化趨勢，明確管理的重點和難點，認(rèn)識各地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展水平的差異，對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用具有重要意義。

目前，國內(nèi)關(guān)于水資源可持續(xù)發(fā)展的研究不多，主要集中于對水資源承載力、水資源短缺風(fēng)險評價和水資源利用問題等方面的研究。一是針對水資源承載力研究。張士鋒等[1]采用聚類分析和AHP方法對松花江地區(qū)的水資源承載力進(jìn)行評價，并認(rèn)為該地區(qū)整體水資源處于安全狀態(tài)。李煥等[2]根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)模型，構(gòu)建水資源人口承載力評價模型，對長江經(jīng)濟(jì)帶水資源人口承載的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究。楊琳琳等[3]利用我國新疆地區(qū)2004-2013年的數(shù)據(jù)，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對新疆的水資源承載力，在2個情景下的狀況進(jìn)行了評價分析。李高偉等[4]根據(jù)鄭州市2003-2011年的相關(guān)數(shù)據(jù)，選取了15項影響水資源承載力的指標(biāo)，通過主成分分析法提取了2個主成分對鄭州市水資源進(jìn)行綜合評價。洪思揚等[5]基于水資源生態(tài)足跡分析法，對遼寧省生態(tài)承載力及水資源生態(tài)足跡的影響因素進(jìn)行分析。二是針對水資源短缺風(fēng)險評價的研究。童紹玉等[6]運用層次分析法從4個方面構(gòu)建綜合評價水資源短缺的指標(biāo)體系，并據(jù)此評價各地區(qū)水資源的短缺程度和成因。牛海軍和蔡春[7]利用主成分分析法確定了水資源總量、農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量、第三產(chǎn)業(yè)用水量等影響北京市水資源短缺的主要因素。張中旺和周萍[8]構(gòu)建了水資源風(fēng)險短缺評價指標(biāo)體系，并從時間和空間兩個維度較系統(tǒng)地分析了襄陽市水資源短缺的原因、影響因素及變動趨勢。陳宇翔和潘海澤[9]以北京市為例，采用層次分析法計算各個指標(biāo)的權(quán)重，并運用模糊數(shù)學(xué)的方法計算水資源風(fēng)險值的隸屬度，根據(jù)隸屬度的大小作為風(fēng)險判斷依據(jù)，最終確定北京市水資源短缺屬于中度風(fēng)險。三是針對水資源利用問題的研究。馬海良等[10]根據(jù)2003-2013年我國30省市的面板數(shù)據(jù)，利用Malmquist-Luenberger生產(chǎn)率指數(shù)對比分析水資源利用效率。高振斌等[11]對黃河三角洲水資源利用現(xiàn)狀進(jìn)行了定性分析，并提出了8種解決問題的對策。關(guān)格格等[12]根據(jù)山西省2005-2013年的數(shù)據(jù)，構(gòu)建水資源可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)，并對山西省水資源利用狀況進(jìn)行評價。劉潔等[13]以江蘇省為例，運用熵權(quán)法構(gòu)建江蘇省城鎮(zhèn)化綜合發(fā)展水平和水資源開發(fā)利用綜合潛力評價指標(biāo)體系，并運用響應(yīng)度關(guān)系模型研究了豐水區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展與水資源開發(fā)利用的主要影響因素、變化特征以及兩者響應(yīng)關(guān)系，以實現(xiàn)城鎮(zhèn)化發(fā)展與水資源利用的協(xié)調(diào)。

吉林省是東北農(nóng)業(yè)大省，水資源相對短缺，目前對東北地區(qū)的水資源進(jìn)行評價的文獻(xiàn)還很有限。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，采取帶有獎罰參數(shù)的動態(tài)因子分析綜合評價法，以吉林省8個市級地區(qū)為研究對象，選取降水量、供水總量、綠地面積、污水處理率、人均生產(chǎn)總值、用水普及率等11個水資源可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)構(gòu)建水資源可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)評價體系，對吉林省8個市級地區(qū)進(jìn)行評價，并根據(jù)研究結(jié)果提出相關(guān)建議。

2 動態(tài)因子分析模型

2.1 因子分析

因子分析是利用降維的思想，從原始變量的相關(guān)矩陣內(nèi)部的依賴關(guān)系出發(fā)，把具有復(fù)雜關(guān)系的變量歸結(jié)為少數(shù)幾個綜合因子的一種多變量的統(tǒng)計方法[14]，用幾個潛在的不可觀測的變量去描述多個變量間的協(xié)方差關(guān)系，從而簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)但又體現(xiàn)數(shù)據(jù)的絕大部分信息。本文利用R軟件進(jìn)行因子分析，計算各系統(tǒng)Ai在tk和tk-1時刻的綜合因子得分。

2.2 動態(tài)因子分析

在因子分析的基礎(chǔ)上，將時間因素引入靜態(tài)評價中，構(gòu)建具有獎懲效果的因子分析排序指數(shù)Wi,k，在時刻tk對各系統(tǒng)根據(jù)Wi,k(i=1,2,…,n)的取值大小排序，具體公式[15]為：

Wi,k=Fi，k+λ(Fi，k-Fi，k-1).

(1)

其中，F(xiàn)i,k和Fi,k-1分別為系統(tǒng)Ai在tk和tk-1時刻的綜合因子得分，λ為獎懲參數(shù)，獎懲參數(shù)采用相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行確定，具體確定公式為：

(2)

其中，Ci,k和Ci,k-1分別為系統(tǒng)Ai在tk和tk-1時刻按照綜合因子得分排序的名次。

3 實證分析

3.1 數(shù)據(jù)來源及指標(biāo)體系的構(gòu)建

本文選用吉林省的長春市、吉林市、四平市、遼源市、通化市、白山市、松原市和白城市8個地區(qū)的2014年和2015年的水資源可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)，根據(jù)全面、協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展和科學(xué)發(fā)展的內(nèi)涵，建立了水資源可持續(xù)發(fā)展水平指標(biāo)體系，具體指標(biāo)為：降水量x1、供水總量x2、用水人口x3、人均日生活用水量x4、綠地面積x5、公園面積x6、污水處理率x7、人均可支配收入x8、人均生產(chǎn)總值x9、用水普及率x10和水資源總量x11。原始數(shù)據(jù)均來源于《吉林省統(tǒng)計年鑒2014》和《吉林省統(tǒng)計年鑒2015》。

3.2 吉林省各地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展水平的因子分析

本文分別對2014年和2015年吉林省8個地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展的11個存在顯著相互依賴關(guān)系的指標(biāo)進(jìn)行因子分析，把這些錯綜復(fù)雜的變量，綜合為數(shù)量較少的幾個公因子，得出各地區(qū)在2014年和2015年的綜合因子得分，對各地區(qū)間水資源可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行比較和分析。

在因子分析的過程中，必須選擇合適的公因子數(shù)量。公因子的數(shù)量不能太多，太多則達(dá)不到因子分析簡化數(shù)據(jù)的目的；也不能太少，太少則損失原始變量太多的信息，選取的公因子能合理地描述原始變量相關(guān)陣的結(jié)構(gòu)，同時有利于因子模型的解釋。在本文中根據(jù)累計貢獻(xiàn)率大于80%的原則，提取公共因子，結(jié)果見表1。

表1 2014年和2015年指標(biāo)變量旋轉(zhuǎn)后公共因子的特征值及貢獻(xiàn)率

公因子方差貢獻(xiàn)反映了該因子對所有原始變量總方差的解釋能力，是衡量公因子相對重要性的指標(biāo)，該值越高說明公因子的重要程度越高。由表1可以看出，根據(jù)累計方差貢獻(xiàn)率大于80%的提取條件，在2014年和2015年均應(yīng)該提取3個公因子，說明前3個公共因子提供了原始數(shù)據(jù)11個指標(biāo)所能夠表達(dá)的足夠信息，因子分析的效果達(dá)到理想水平。因此，可以認(rèn)為原來的11個變量能夠綜合成3個主因子。利用R軟件可得其相應(yīng)的初始因子載荷矩陣,見表2。

表2 2014年和2015年因子旋轉(zhuǎn)矩陣

根據(jù)2014年和2015年旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣可知，第一公共因子都在供水總量x2、用水人口x3、綠地面積x5、公園面積x6有較大的載荷，這些指標(biāo)集中體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)水平的情況，因此把第一公共因子定義為地區(qū)水資源生態(tài)系統(tǒng)因子，第二個公共因子都在人均日生活用水量x4、污水處理率x7、人均可支配收入x8、人均生產(chǎn)總值x9和用水普及率x10有較大的載荷，這些指標(biāo)集中體現(xiàn)了水資源社會系統(tǒng)水平情況，因此把第二個公共因子定義為地區(qū)水資源社會系統(tǒng)因子，第三個公共因子在降水量x1和水資源總量x11上有較大的載荷，這些指標(biāo)集中體現(xiàn)了各地區(qū)水資源擁有水平的情況，因此把第三公共因子定義為地區(qū)水資源儲備系統(tǒng)因子。

采用回歸法估計因子得分系數(shù)和方差貢獻(xiàn)率，可以計算出吉林省8個地區(qū)的各因子得分、綜合因子得分及名次(記綜合得分為Fi,k，名次為Ci,k，其中，i=1,2,…,8;k=2014,2015)，結(jié)果見表3。

白山市水資源可持續(xù)發(fā)展水平從2014年的第5名上升到2015年的第3名，上升速度較快；從公共因子得分可以看出，第二公共因子和第三公共因子的下降是造成2015年白山市整體上升的原因。可見近年來白山市政府在社會經(jīng)濟(jì)和水資源儲備這兩個方面的管理相對較好。

松原市水資源可持續(xù)發(fā)展水平從2014年的第3名下降到2015年的第5名，下降速度較快；從公共因子得分可以看出第三公共因子的下降是造成2015年松原市整體下降的主要原因。所以松原市政府在未來要加強對水資源儲備量的管理。

表3 吉林省各地區(qū)因子得分及名次

3.3 吉林省各地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展水平的動態(tài)因子分析

根據(jù)公式(2)可以得到參數(shù)λ的值為0.65，再將參數(shù)的值帶入到公式(1)中，計算得到吉林省8個地區(qū)的動態(tài)因子排序指數(shù)，從而對吉林省各地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行評價，見表4。

表4 2015年吉林省各地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展水平測度評價結(jié)果

由表4中可知，加入獎罰參數(shù)的動態(tài)因子分析排序指數(shù)和傳統(tǒng)的因子分析綜合得分和名次相比已經(jīng)發(fā)生了變化，其中吉林市由原來的第2名下降為第4名，白山市由原來的第3名上升到第2名，這是因為考慮了獎罰參數(shù)在前一年對后一年變化的影響因素，所以相對來說更為客觀。容易看出，吉林省8個地級市水資源可持續(xù)發(fā)展水平測度評價排序指數(shù)最高的為省會長春市，其次為白山市，位列第3位和第4位的為通化市和吉林市，其后依次為遼源市、松原市、四平市和白城市。

4 結(jié)論及建議

首先，就吉林省各地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展水平的總體形勢來說，2015年較2014年發(fā)展情況有所提高。但個別地區(qū)存在明顯的下降現(xiàn)象，因此，對不同地區(qū)不可生硬地照搬相同的發(fā)展模式，各個地區(qū)要因地制宜，努力實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。其次，從表1可以看出，公共因子F1的生態(tài)系統(tǒng)因子的方差貢獻(xiàn)率較大，達(dá)到41%，這說明生態(tài)系統(tǒng)的總體情況對水資源可持續(xù)發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。地方政府應(yīng)該大力推行生態(tài)文明建設(shè)，努力建設(shè)美麗中國。最后，本文考慮時間因素的影響，將獎懲參數(shù)引入到動態(tài)因子綜合分析法，對地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展水平做出了較客觀的評價，為各地區(qū)發(fā)展提供科學(xué)的依據(jù)，同時有利于激勵各級政府對水資源進(jìn)行更完善的管理。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張士鋒,孟秀敬.糧食增產(chǎn)背景下松花江區(qū)水資源承載力分析[J].地理科學(xué),2012(3):342-347．

[2]李煥等.長江經(jīng)濟(jì)帶水資源人口承載力研究[J].經(jīng)濟(jì)地理,2017(1):181-186．

[3]楊琳琳,李波,付奇.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的新疆水資源承載力情景分析[J].北京師范大學(xué)學(xué)報,2016(2):216-222．

[4]李高偉,韓美等.基于主成分分析的鄭州市水資源承載力評價[J].地域研究與開發(fā),2014(3):139-142.

[5]洪思揚,王紅瑞,朱中凡.遼寧省水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力分析[J].水利經(jīng)濟(jì),2016(3):46-52,81.

[6]童紹玉,周振宇,彭海英.中國水資源短缺的空間格局及缺水類型[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì),2016(7):168-173.

[7]牛海軍,蔡春.主成分分析算法在水資源短缺因素中的應(yīng)用研究[J].山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院學(xué)報,2014(3):32-33.

[8]張中旺,周萍.基于主成分分析的襄陽市水資源短缺風(fēng)險評價[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2016(2):92-98.

[9]陳宇翔,潘海澤.基于模糊數(shù)學(xué)的水資源短缺風(fēng)險綜合評價[J].沿海企業(yè)與科技,2011(9):10-15.

[10]馬海良,丁元卿,王蕾.綠色水資源利用效率的測度和收斂性分析[J].自然資源學(xué)報,2017(3):406-417.

[11]高振斌,萬鵬,高潔,等.黃河三角洲水資源利用問題及對策研究[J].科研管理,2017(11):100-101.

[12]關(guān)格格.基于水生態(tài)足跡的山西省水資源利用研究[J].人民黃河,2017(7):96-99.

[13]劉潔.豐水區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程與水資源利用的關(guān)系——以江蘇省為例[J].水土保持通報,2016(3):193-199.

[14]何曉群.現(xiàn)代統(tǒng)計分析方法與應(yīng)用[M].北京:中國人民大學(xué)出版社,2007.

[15]董小剛,王淑影,王純杰.基于動態(tài)因子的經(jīng)濟(jì)水平差異分析[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015(2):125-129.