基于因子分析法的水資源承載力評價研究——以江西省宜春市為例

呂連菊，晏肖雅，闞大學(xué)

基于因子分析法的水資源承載力評價研究——以江西省宜春市為例

呂連菊1，晏肖雅2，闞大學(xué)1

（1.南昌工程學(xué)院 經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)院；2.南昌工程學(xué)院 工商管理學(xué)院，江西 南昌 330099）

文章從經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、城鎮(zhèn)化系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)四個方面建立指標(biāo)體系，運(yùn)用因子分析法評價了江西省宜春市的水資源承載力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，宜春市水資源承載壓力總體呈現(xiàn)曲折上升趨勢。其中公共因子中的經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)因子、產(chǎn)業(yè)需水因子與水資源承載壓力之間為正相關(guān)關(guān)系，水資源供應(yīng)因子和水生態(tài)因子的不同二級指標(biāo)與水資源承載壓力之間的相關(guān)性存在異質(zhì)性。據(jù)此，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快的同時，需優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高人們節(jié)水意識，加強(qiáng)污水排放監(jiān)管，提高污水處理能力，保護(hù)水生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而提高水資源承載力。

水資源承載力；因子分析；宜春市

1 引言

水資源的發(fā)展對于一個國家而言是十分重要的。由于氣候及人為因素的影響，我國水資源短缺問題越來越嚴(yán)重，同時水資源地域分布不均，南部地區(qū)水資源較充沛，北部地區(qū)水資源較少，沿海地區(qū)水資源較內(nèi)陸地區(qū)水資源充沛。這在一定程度上致使不同地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平存在異質(zhì)性，間接導(dǎo)致了我國地區(qū)間發(fā)展不平衡[1]。與此同時，隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，人們對物質(zhì)需求質(zhì)量的提升導(dǎo)致水資源消耗劇增，加之工業(yè)化迅猛發(fā)展，生產(chǎn)產(chǎn)品的需水量猛增，水資源短缺問題凸顯，水資源承載力較差[2–3]。

水資源承載力這一概念是由我國著名學(xué)者施雅風(fēng)等[4]首次提出，但當(dāng)前學(xué)術(shù)界對于水資源承載力還未形成統(tǒng)一明確的定義，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為水資源承載力是水資源可承受該地區(qū)一定限額的經(jīng)濟(jì)社會以及生活生產(chǎn)的能力。學(xué)術(shù)界對于水資源承載力的研究還在不斷推進(jìn)，如：由曾文爐等[5]人利用系統(tǒng)動力學(xué)方法，對水資源中生產(chǎn)用水增長率為1%與10%、水資源回用水率為90%與95%的情景進(jìn)行模擬分析，得出在GDP增速不變情況下，污水的回用率越大，社會的新鮮水的需水量就會越大，反之則相反。杜琛[6]呈現(xiàn)了遵義市2009—2018年的供水狀況，進(jìn)而對其2020—2030年間中心城區(qū)的人均用水進(jìn)行了預(yù)測，最終得出中心城區(qū)水資源可承載的人口極限為342萬，適宜人口數(shù)為290萬～305萬。從上述文獻(xiàn)可知，對于水資源承載力的研究大多是采用系統(tǒng)動力學(xué)方法[7–10]、模糊分析法[11–12]、多目標(biāo)決策法以及主成分分析法等[13–18]。本文將以江西宜春市為研究對象，采用因子分析法對該市水資源承載力進(jìn)行研究，并提出提升宜春市水資源承載力的建議，以期給其他水資源情況相似的城市提升水資源承載力，緩解水資源短缺提供借鑒。

2 研究區(qū)域

宜春市位于江西省西北部，地處東經(jīng)113°54′～116°27′，北緯27°33′～29°06′之間。東接南昌市，東南臨接撫州市，南與吉安市及新余市相臨，西南部是萍鄉(xiāng)市，北與九江市接壤，西北與湖南省長沙市、岳陽市相交。下轄三市六縣一區(qū)（袁州區(qū)、樟樹市、豐城市、高安市、靖安縣、奉新縣、上高縣、宜豐縣、銅鼓縣以及萬載縣）。境內(nèi)河流縱橫交錯主要河流有贛江及其支流袁河、錦河以及潦河。地處東南亞季風(fēng)區(qū)，是典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候，春夏濕潤多雨，冬季陰冷多雨，霜凍期短，降水周期長，年均降水總量可達(dá)1500mm至1800mm，但降水量季節(jié)分配很不均勻。春冬季節(jié)降水多，夏秋季節(jié)降水相對少，梅雨時期降水占全年降水總量50%。但由于近年來重工業(yè)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致宜春市水資源污染嚴(yán)重，造成宜春市發(fā)生了水質(zhì)型缺水的狀況。所以，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時更需要保護(hù)水資源的綠色安全，注重水生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

3 指標(biāo)構(gòu)建和數(shù)據(jù)說明

水資源承載力涉及要素錯綜復(fù)雜，李少朋等[19]主要是從經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境以及水資源三個層面對江蘇省水資源承載力進(jìn)行研究。袁汝華和王霄漢[20]運(yùn)用驅(qū)動力系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、狀態(tài)系統(tǒng)、影響系統(tǒng)以及響應(yīng)系統(tǒng)五大系統(tǒng)維度對長三角地區(qū)25座城市的水資源承載力進(jìn)行綜合評價分析。本文運(yùn)用SPSS21.0對水資源承載力的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、城鎮(zhèn)化系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)以及水資源系統(tǒng)的指標(biāo)進(jìn)行因子分析，對宜春市水資源承載力進(jìn)行研究評價。其中經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)包括第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（萬元）（1）、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（萬元）（2）、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（萬元）（3）以及人均生產(chǎn)總值（元）（4）。城鎮(zhèn)化系統(tǒng)涵蓋城鎮(zhèn)人口（人）（5）、鄉(xiāng)村人口（人）（6）以及城鎮(zhèn)用地面積（平方公里）（7）。生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)主要選取指標(biāo)包含工業(yè)廢水排放量（萬噸）（8）、廢水治理設(shè)施處理能力（萬噸/日）（9）、城鎮(zhèn)生活污水中COD排放量（噸）（10）、城鎮(zhèn)生活污水中氨氮排放量（噸）（11）、城鎮(zhèn)生活污水排放量（萬噸）（12）。水資源系統(tǒng)指標(biāo)主要有水資源總量（億立方米）（13）、工業(yè)用水總量（萬噸）（14）、總供水量（億立方米）（15）、農(nóng)業(yè)灌溉用水量（億立方米）（16）、林牧漁畜用水量（億立方米）（17）、城鎮(zhèn)居民生活用水量（億立方米）（18）、農(nóng)村居民生活用水量（億立方米）（19）以及生態(tài)環(huán)境用水量（億立方米）（20）。

表1 指標(biāo)說明

表1 指標(biāo)說明（續(xù)）

注：“正”表示二級指標(biāo)對水資源承載壓力的影響為正，對水資源承載力的影響為負(fù)；“負(fù)”的含義正好相反。

上述指標(biāo)涉及的原始數(shù)據(jù)主要來源《江西統(tǒng)計年鑒》《江西省水資源公報》《宜春市水資源公報》以及宜春市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報等。為避免數(shù)據(jù)指標(biāo)在量綱上的不同對統(tǒng)計結(jié)果造成影響，因此，運(yùn)用SPSS21.0對以上采用的20個數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

4 研究方法與結(jié)果

因子分析（Factor analysis）是將錯綜復(fù)雜的變量歸結(jié)為少數(shù)幾個綜合因子的一種統(tǒng)計分析方法，利用降維思想將原始變量相關(guān)矩陣中歸納出具有強(qiáng)相關(guān)性的公共因子。具體因子模型如下：

表2 方差貢獻(xiàn)分析

注：考慮到研究重點，選取特征根大于1的因子。

圖1 因子碎石圖

為了方便分析，對載荷矩陣進(jìn)行了因子旋轉(zhuǎn)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)可知，結(jié)合表2與表3分析，得出第一公共因子F1對宜春市水資源承載力的貢獻(xiàn)率為51.452%，是影響宜春市水資源承載力的主要因素。其中與第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人均生產(chǎn)總值、城鎮(zhèn)人口、城鎮(zhèn)用地面積、城鎮(zhèn)生活污水中COD排放量、城鎮(zhèn)生活污水中氨氮排放量、城鎮(zhèn)生活污水排放量、以及城鎮(zhèn)居民生活用水量呈現(xiàn)出強(qiáng)正相關(guān)，與鄉(xiāng)村人口與之呈現(xiàn)出強(qiáng)負(fù)相關(guān)為-0.962，說明第一公共因子F1隨著經(jīng)濟(jì)的增長以及城鎮(zhèn)人口、用地、生活污水排放等規(guī)模的擴(kuò)大，宜春市水資源承載力面臨的壓力會不斷增加，同時第一公共因子F1隨著鄉(xiāng)村人口數(shù)的減少，宜春市水資源承載力面臨的壓力會隨之加劇。因而根據(jù)指標(biāo)的關(guān)系即將其指標(biāo)統(tǒng)稱為經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)因子。

第二公共因子F2對宜春市水資源承載力的貢獻(xiàn)率為19.265%，其中第二公共因子F2與工業(yè)用水總量、工業(yè)廢水排放量、林牧漁畜用水量以及農(nóng)村居民生活用水量呈現(xiàn)出強(qiáng)正相關(guān)，說明第二公共因子F2主要隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及農(nóng)村居民的生活服務(wù)用水量的增加導(dǎo)致宜春市水資源承載壓力不斷增加，因而可將此類指標(biāo)統(tǒng)稱為產(chǎn)業(yè)需水因子。

第三公共因子F3對宜春市水資源承載力的貢獻(xiàn)率為14.140%，其中F3與總供水量以及農(nóng)業(yè)灌溉水量呈顯著的正相關(guān)性，與水資源總量呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)性，系數(shù)為-0.873。這說明第三公共因子F3隨著需水量的增加，宜春市水資源承載壓力也會隨之增加；F3隨著水資源總量的增多，宜春市水資源承載壓力會下降，進(jìn)而將此類指標(biāo)統(tǒng)稱為水資源供應(yīng)因子。

第四公共因子F4對宜春市水資源承載力的貢獻(xiàn)率為7.719%，其中F4與廢水治理設(shè)施處理能力之間呈顯著的正相關(guān)，系數(shù)為0.83，F(xiàn)4與生態(tài)環(huán)境用水量之間為顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，系數(shù)是-0.774。這說明F4隨著廢水治理設(shè)施處理能力的提高，水資源消耗量也在不斷地增加，水源承載壓力也會相應(yīng)上升，F(xiàn)4隨著生態(tài)環(huán)境用水量的增加，宜春市水生態(tài)環(huán)境得到改善，水資源承載壓力會隨之減小，進(jìn)而將此類指標(biāo)統(tǒng)稱為水生態(tài)因子。

表3 旋轉(zhuǎn)成分矩陣

在標(biāo)準(zhǔn)化之后的數(shù)據(jù)指標(biāo)基礎(chǔ)上，進(jìn)行公共因子得分求解，將求解出的公共因子得分再次進(jìn)行加權(quán)求出相應(yīng)的綜合得分，綜合得分公式如下：

根據(jù)綜合得分公式可得出單個樣本最終得分，并將各樣本進(jìn)行排名。根據(jù)大多學(xué)者研究可知，綜合得分F數(shù)值越大，說明宜春市水資源承載壓力越大，可能面臨水資源超載風(fēng)險；當(dāng)其數(shù)值越小時，無疑是對宜春市水資源承載力起到減壓的作用，其開發(fā)潛力也會相應(yīng)增加[13–14]。由表4可知，因子的綜合評分在2014年達(dá)到最大值為45.4，說明在該年份宜春市水資源承載壓力最大，對于水資源需求加大。

表4 2009—2019年公共因子得分與綜合得分

5 結(jié)果分析

從工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來看，2010—2014年宜春市綜合評分在不斷上升，由2010年的-124.93上升到2014年的45.4總共上升幅度為136.3%。在此期間，隨著宜春市經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程漸趨加快、工業(yè)產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張帶來了更多的就業(yè)需求，所以城鎮(zhèn)人口急劇增加，引發(fā)城市生活需水量增加。但是由于人們的節(jié)水意識較薄弱，以及衛(wèi)生意識的不強(qiáng)，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)率提升，從而也擴(kuò)大了生活污水的排放。另一方面工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，不僅導(dǎo)致各種產(chǎn)業(yè)需水量劇增，而且由于單個企業(yè)以及工廠的環(huán)保意識不強(qiáng)，并未對污水進(jìn)行較好處理，再加上企業(yè)的急速擴(kuò)張，導(dǎo)致污水排放量加大，河流污染日益嚴(yán)重。從工業(yè)上來說，這兩方面減少了水資源的利用率，導(dǎo)致水資源承載壓力急劇上升。2013年國務(wù)院出臺了《國務(wù)院關(guān)于實行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》，在政策上加強(qiáng)了水資源管理，表明國家對水資源也越發(fā)重視，所以2015—2017年宜春市的綜合評分由2015年的36.96下降到2017年的17.75，下降為51.98%。在此期間，宜春市在水資源的管理更加嚴(yán)格，使得綜合評分漸趨下降，水資源承載力隨著加大。但2019年的綜合評分則由2018年的26.34上升到33.06，增幅為25.51%，呈現(xiàn)出上升趨勢，主要是由于宜春市經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)的需要，擴(kuò)張了城市面積，伴隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，對于水生態(tài)環(huán)境造成了破壞。導(dǎo)致2018—2019年宜春市水資源承載壓力增大，但各年份的綜合評分仍低于2014年。

圖2 2009—2019年公共因子得分

圖3 2009—2019年綜合得分

從圖2與圖3可知，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)因子呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，2009年為最低得分-2.05787到2019年增加到1.19493，增幅158.07%，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)因子從2010年到2011年增加幅度為130.60%。產(chǎn)業(yè)需水因子呈現(xiàn)出倒U型發(fā)展趨勢，產(chǎn)業(yè)需水量從2010年到2011年急劇上升增加為234.16% ，并在2012年達(dá)到高峰1.39243。在2013年后期處于下降期，在2019年達(dá)到最低值-1.41925，整體呈現(xiàn)下降趨勢。水資源供應(yīng)因子呈現(xiàn)波浪上升趨勢，前期變化幅度大，后期漸趨平緩。2009年到2010年間得直降241.01%，2010到2011年增長率高達(dá) 176.04%。繼而在2011到2012年間又降低254.36%百分點，在2012年到2013年又增加163.34%，2014年到2019年逐漸平緩。水生態(tài)因子走勢先呈現(xiàn)出曲折上升趨勢并在2016年到達(dá)最大值1.66187，在2016年到2018年逐漸下降到-0.96719。對于圖3的綜合評分而言，在2009到2010年從-97.98到-124.93，下降了27.51%。2010年到2011年驟增102.31%。2011年到2014年間呈現(xiàn)緩慢的上升趨勢，在2015年到2016年略有下降，繼而2017年到2019年又呈現(xiàn)出逐漸上升趨勢。從綜合評分與公共因子得分可知，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)因子得分-1.55147，產(chǎn)業(yè)需水因子得分-0.78161，水資源供應(yīng)因子得分-1.5432，以及水生態(tài)因子得分-1.06572，均為負(fù)值，最終2010年綜合評分為-124.93，綜合排名為最后一名，說明該年份水資源承載壓力最小，各項因素與水資源承載力之間均為正相關(guān)關(guān)系。由此可知，2010年的水資源承載力在2010-2019年間達(dá)到最大。2014年綜合評分為45.4，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)因子得分0.3026，產(chǎn)業(yè)需水因子得分0.97586，水資源供應(yīng)因子得分0.30074以及水生態(tài)因子得分0.87801均為正值，綜合排名則為第一名，說明2014年水資源承載壓力達(dá)到最高，水資源承載力達(dá)到最小。從綜合得分的整體上看，2009—2019年宜春水資源承載壓力在波動中呈現(xiàn)上升趨勢。

6 對策

首先，宜春市在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時要加速產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，從而提高水資源承載力。十三五規(guī)劃以來，“綠水青山就是金山銀山”成為高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)注點，國家對水資源以及水生態(tài)環(huán)境越發(fā)重視。在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型成為一大難點，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不能以犧牲水生態(tài)環(huán)境為代價，但大部分工廠設(shè)址于小城鎮(zhèn)地區(qū)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型就成為小城鎮(zhèn)地區(qū)的難點。因而，宜春市在保護(hù)綠水青山的同時要加快第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，提高水資源承載力，才能以最小的代價促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

其次，宜春市城市化進(jìn)程加快需強(qiáng)化人們節(jié)水意識，提高水資源的利用率，從而提高水資源承載力。近年來，城市化進(jìn)程加快，城市人口驟增，對于生活需水量不斷加大。但是由于人們的節(jié)水意識不強(qiáng)，所以水資源浪費(fèi)較為嚴(yán)重。對于這種現(xiàn)狀，一般主張通過階梯式水價來提高人們的節(jié)水意識，不僅對于城鎮(zhèn)居民生活用水進(jìn)行階梯式水價定價模式，同時也可將階梯式水價合理的運(yùn)用到企業(yè)中。通過水價來引起人們對于水資源的重視，增強(qiáng)人們的節(jié)水意識。與此同時，宜春市還可以在社區(qū)開展節(jié)水活動，增強(qiáng)群眾的節(jié)水意識，保護(hù)好公共水資源，培養(yǎng)用水的良好習(xí)慣，對每個社區(qū)的用水量精細(xì)化管理，調(diào)節(jié)特定時間段的水壓等。

再者，宜春市在加大對污水排放監(jiān)管力度的同時，提高污水處理能力，才能提高水資源承載力。政府部門需加強(qiáng)企業(yè)污水排放的監(jiān)管力度，為有需求的企業(yè)尋找相應(yīng)污水處理公司，提供正規(guī)、便捷、物美價廉的凈水服務(wù)，才能從源頭上限制污水的排放量。

最后，宜春市需加大生態(tài)環(huán)境建設(shè)，從而提高水資源承載力。一是要對城市的河流進(jìn)行凈水處理，定期清理流域內(nèi)的垃圾等雜物；二是要對大型的飲用水源及時地進(jìn)行保護(hù)與測量，保障群眾的生活用水安全；三是要對城市邊緣的土地采取獎勵退耕還林還草措施，保障水土，減少耕地因灌溉或施化肥、農(nóng)藥造成水資源損失。通過種種措施，改善生態(tài)環(huán)境，加強(qiáng)水質(zhì)凈化，提高水資源承載力。

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Evaluation of Water Resources Carrying Capacity Based on Factor Analysis Method——A Case Study of Yichun City of Jiangxi Province

LV Lian-ju1, YAN Xiao-ya2, KAN Da-xue1

（1. School of Economics and Trade, Nanchang Institute of Technology, Nanchang, Jiangxi 330099; 2. School of Business Administration, Nanchang Institute of Technology, Nanchang, Jiangxi 330099, China）

An index system from four aspects of economic system, urbanization system, ecosystem and water resources system is established to evaluate the water resources carrying capacity of Yichun city in Jiangxi province by using factor analysis method. The results show that the carrying pressure of water resources in Yichun city tends to wind upward. Among the public factors, economic town factor, industrial water demand factor and water resources carrying pressure are positively correlated, while the correlation between water resources supply factor and water ecological factor and water resources carrying pressure is heterogeneous. Therefore, in the development of economic growth and urbanization, it is necessary to optimize the industrial structure, improve people’s awareness of water saving, strengthen the supervision of sewage discharge, and improve the sewage treatment capacity to protect the water ecological environment, thus improving the carrying capacity of water resources.

water resources carrying capacity; factor analysis; Yichun city

F062.1；F276

A

2095-9249（2021）06-0056-06

2021-09-07

國家自然科學(xué)基金項目（71764018）；江西省社會科學(xué)基金項目（21JL08D）；南昌工程學(xué)院2021年研究生創(chuàng)新計劃項目（YJSCX202105）；南昌工程學(xué)院挑戰(zhàn)杯項目（67）

呂連菊（1982—），女，湖北武穴人，副教授，碩士，研究方向：水資源管理。

〔責(zé)任編校：王中蘭〕