彰武縣水資源風(fēng)險(xiǎn)因子識(shí)別研究

張繼紅

(彰武縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 彰武 123200)

雖然科技創(chuàng)新和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展極大的促進(jìn)了人類社會(huì)的進(jìn)步，但各類自然條件對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的制約作用仍然顯著，如水資源、生態(tài)環(huán)境等[1-2]。從科學(xué)的視角上，將所有可供人類使用的水定義為水資源，并進(jìn)一步劃分為民生用水和工業(yè)用水兩大類。豐富的水資源能夠明顯的提升一個(gè)地區(qū)或國(guó)家的整體競(jìng)爭(zhēng)力，而匱乏的水資源將極大的制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿投鄻有訹3]。因此，為降低水資源短缺程度有必要研究當(dāng)?shù)厮Y源劣勢(shì)、優(yōu)勢(shì)，結(jié)合實(shí)際情況采取有效的防控措施?？紤]到水資源所處的重要地位，全面準(zhǔn)確的識(shí)別水資源各類風(fēng)險(xiǎn)因子，對(duì)于提升用水效率和減少水資源短缺發(fā)揮著重要作用。文章鑒于節(jié)水意識(shí)的普遍提升、各級(jí)政府高度重視的研究背景，以彰武縣為個(gè)案開展水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)研究，在此基礎(chǔ)上綜合評(píng)價(jià)了彰武縣的水資源短缺程度。

1 水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)因素

1.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)期以來(lái)，彰武縣始終堅(jiān)持防洪抗旱并舉、開源節(jié)流與興利除害并重的方針，積極開展水利建設(shè)，建成的各類水資源工程為保障區(qū)域穩(wěn)定發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著城市面積的快速擴(kuò)張以及GDP的不斷增長(zhǎng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，水資源作為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要條件，一旦出現(xiàn)不可控風(fēng)險(xiǎn)因素勢(shì)必會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)，失去維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展的資源基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，彰武縣相繼又出現(xiàn)一系列新的水資源問(wèn)題，具體如下：

1)區(qū)域?qū)用妫喝h水資源嚴(yán)重短缺且區(qū)域分布不均，各流域水資源開發(fā)利用不盡合理，水資源呈衰減趨勢(shì)；水資源短缺對(duì)人民生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生制約，地區(qū)間用水水平差異較大，行業(yè)用水結(jié)構(gòu)不合理；部分地區(qū)地下、地表水質(zhì)狀況較差。

2)城鎮(zhèn)層面：由于發(fā)展較快的原因，近幾年許多地區(qū)都出現(xiàn)了不同程度的缺水，缺水則地下水被過(guò)度開采，部分地區(qū)出現(xiàn)海水入侵區(qū)和超采區(qū)；部分河流有一定程度污染，使得部分區(qū)域水源地水質(zhì)超標(biāo)；城市水資源配置不合理，致使縣域中小城鎮(zhèn)和城市供水矛盾突出，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活與環(huán)境爭(zhēng)水嚴(yán)重；城市公共供水管網(wǎng)覆蓋區(qū)內(nèi)企業(yè)無(wú)序開采地下水，導(dǎo)致能源與資源的雙重浪費(fèi)；供水管網(wǎng)水量損失較大，需要加強(qiáng)管理和管網(wǎng)更新。

1.2 影響因素

現(xiàn)代城市發(fā)展受水資源的影響極為顯著，為及時(shí)解決水資源問(wèn)題必須加強(qiáng)檢測(cè)各類引起缺水危機(jī)的因素[5]。一般地，有很多因素均可在一定程度上造成缺水，主要包括以下因素[6-8]：

1)氣候因素：該因素具有不確定性、變化性特征，每年的蒸發(fā)量、降水量、持續(xù)時(shí)間、降水日期等都無(wú)法準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)[4]。

2)工業(yè)污染因素：水源與水體因廢棄物、廢水的大量排放被污染，通常難以完全掌控與監(jiān)測(cè)其污染狀況，這在一定程度上增大了水資源總量的模糊性。

3)生產(chǎn)用水因素：人類使用量與水存儲(chǔ)量之間的關(guān)系是導(dǎo)致嚴(yán)重缺水最重要的因素，其中現(xiàn)階段的最大需求為生產(chǎn)用水，而農(nóng)業(yè)與工業(yè)用水在不斷變化，這增大了總需求預(yù)測(cè)的難度。

4)人口規(guī)模因素：由于難以準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)居民人口的增長(zhǎng)，從而使得生活需求的水資源總量也無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

5)管理措施因素：地方政府要發(fā)揮有效的調(diào)節(jié)功能，積極尋求科學(xué)的方法并制定切實(shí)可行的管控措施，在水利興建時(shí)財(cái)政部門投入充足的資金，由此以來(lái)當(dāng)年的供給量自然也會(huì)顯著的增大；此外，有關(guān)部門提高水價(jià)也可減少水的使用量。從公布實(shí)施、起草到規(guī)劃政府的具體政策都要經(jīng)歷一個(gè)時(shí)期，故難以準(zhǔn)確判斷其起效時(shí)間，有關(guān)政策法案的頒布也會(huì)對(duì)水資源短缺帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)[9]。

鑒于水資源系統(tǒng)的復(fù)雜性特征，在深入探析各風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上識(shí)別了最為關(guān)鍵的主控因子，可為采取有效的防控措施解決水資源短缺問(wèn)題提供決策依據(jù)。

2 水資源風(fēng)險(xiǎn)因子識(shí)別

2.1 數(shù)學(xué)模型

文章將各類風(fēng)險(xiǎn)因素利用能夠有效處理多變量數(shù)據(jù)集合的因子分析法加以識(shí)別，以確定最關(guān)鍵的水資源風(fēng)險(xiǎn)因素。該方法的核心是利用幾個(gè)最重要的變量，簡(jiǎn)化存在錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系的變量和因子集合，簡(jiǎn)化過(guò)程中要保證有效信息的丟失最少[10]。因此，對(duì)存在大量關(guān)系的數(shù)據(jù)集合分析該方法具有較好的實(shí)用性，能夠建立不同事物間最重要、直接、根本的關(guān)系[11]。對(duì)包含錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系的水資源風(fēng)險(xiǎn)因子集合，統(tǒng)一利用因子分析法簡(jiǎn)化具有良好的可行性，其數(shù)學(xué)模型為：

(1)

式中：aij為因子荷載；F1、F2、…、Fm為m個(gè)因子變量；x1、x2、…、xp為實(shí)際觀測(cè)值；ε1、ε2、…、εp代表特殊因子，其矩陣表達(dá)形式如下：

X=AF+aε

(2)

式中：a、ε為荷載因子與特殊因子；A為因子載荷矩陣；F為公共因子或者因子變量；X為原有變量。

2.2 識(shí)別流程

1)步驟1：數(shù)據(jù)來(lái)源。文章結(jié)合彰武縣實(shí)際情況，選擇8個(gè)因子參與水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)分析，依據(jù)2013-2019年水文年鑒、水資源公報(bào)等資料提取年度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，參評(píng)因子初始值，見(jiàn)表1。

2)步驟2：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。采用標(biāo)準(zhǔn)化公式對(duì)各項(xiàng)因子初始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，參評(píng)因子標(biāo)準(zhǔn)值，見(jiàn)表2。其表達(dá)式為：

表2 參評(píng)因子標(biāo)準(zhǔn)值

(3)

3)步驟3：提取公因子。將以上8項(xiàng)參評(píng)因子利用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示前3項(xiàng)因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率超高95%，累計(jì)貢獻(xiàn)率，見(jiàn)表3?？梢?jiàn)利用這3項(xiàng)因子參與水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)分析具有科學(xué)有效性。

表3 累計(jì)貢獻(xiàn)率

將因子載荷分析矩陣?yán)米畲蠡讲钚D(zhuǎn)法進(jìn)行處理，載荷矩陣，見(jiàn)表4。然后結(jié)合表3計(jì)算結(jié)果，利用公式(1)揭示各影響變量與以上因子間的線性關(guān)系，通過(guò)進(jìn)一步分析確定最關(guān)鍵因子，關(guān)鍵因子累計(jì)貢獻(xiàn)率，見(jiàn)表5。

表4 載荷矩陣

表5 關(guān)鍵因子累計(jì)貢獻(xiàn)率

然后對(duì)上述3項(xiàng)參評(píng)因子利用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示前2項(xiàng)因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率超高98.165，可見(jiàn)利用這2項(xiàng)因子參與水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)分析具有科學(xué)有效性。然后將因子載荷分析矩陣?yán)米畲蠡讲钚D(zhuǎn)法進(jìn)行處理，載荷矩陣，見(jiàn)表6。

表6 載荷矩陣

2.3 結(jié)果分析

結(jié)合表6計(jì)算結(jié)果解釋和命名水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)公因子變量，即工業(yè)用水x4、常住人口x5與第一主成分密切相關(guān)，該因子反映了人口規(guī)模、工業(yè)生產(chǎn)對(duì)水資源的影響作用，考慮各成分比重可以將其命名為人口與工業(yè)生產(chǎn)因子[12]；工業(yè)廢水排放量x6、COD排放量x7與第2主成分密切相關(guān)，該因子反映了工業(yè)污染對(duì)水資源的影響作用，考慮各因子比重可將其命名為污染因子。通過(guò)深入分析發(fā)現(xiàn)，氣候狀況、水污染程度、人口規(guī)模和生產(chǎn)用水等是彰武縣水資源短缺主要風(fēng)險(xiǎn)因子，并且各因子的貢獻(xiàn)率即影響程度存在差異。

3 結(jié) 論

水資源是維持人類生存繁衍和區(qū)域生產(chǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)性自然資源，人口規(guī)模擴(kuò)大、城市的現(xiàn)代化、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等均對(duì)水資源利用產(chǎn)生影響，使水資源短缺、水體污染、生態(tài)系統(tǒng)失衡等問(wèn)題日趨突出。鑒于此，文章以彰武縣水資源現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，利用SPSS軟件和數(shù)學(xué)模型重點(diǎn)探究了引起水資源短缺的關(guān)鍵因子，通過(guò)重新定義和識(shí)別水資源風(fēng)險(xiǎn)因素，確定人口的增長(zhǎng)以及企業(yè)生產(chǎn)用水屬于引起水資源緊張的主要因素，研究成果可為合理控制與評(píng)判區(qū)域水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)提供決策依據(jù)。