基于主成分分析的南京市水资源承载力研究_童纪新

第26卷第1期2015年2月

水资源与水工程学报

Journal of Water Ｒesources ＆Water Engineering

Vol．26No．1Feb ．，2015

收稿日期：2014-06-16；修回日期：2014-10-23

作者简介：童纪新（1965-），男，浙江金华人，博士，教授，主要从事技术经济及管理方面的研究。

DOI ：10．11705/j．issn．1672－643X．2015．01．024

基于主成分分析的南京市水资源承载力研究

童纪新，顾希

（河海大学商学院，江苏南京211100）

摘

要：为了探求南京市水资源承载力的状况，选取14个指标构建水资源承载力评价指标体系，运用主成分分析

法对南京市2003－2012年的水资源承载力水平进行比较分析和综合评价。结果表明：人口与经济发展、水资源禀赋、资源利用效率是影响南京市水资源承载力的主要因素；2003－2012年南京市水资源承载力基本呈不断上升的趋势，但在2004年出现了波动。总体上，目前南京市的水资源承载力的发展态势是良好的，但还是存在一定的上升空间。

关键词：水资源承载力；主成分分析；水资源评价；南京市中图分类号：F299

文献标识码：A

文章编号：1672-643X （2015）01-0122-04

Study on water resources carrying capacity in Nanjing based

on principal component analysis

TONG Jixin ，GU Xi

（Business School ，Hohai University ，Nanjing 211100，China ，）

Abstract ：In order to explore the situation of water resources carrying capacity in Nanjing ，this paper se-lected 14indicators to establish the evaluation index system of water resources carrying capacity ，and com-pared and evaluated the level of water resources carrying capacity in Nanjing from 2003to 2012by using the principal component analysis．The results show that population and economic development ，water re-sources endowment and utilization efficiency of resources are the main factors affecting the capacity in Nanjing ；the water resources carrying capacity in Nanjing from 2003to 2012was on the positive tendency apart from 2004．On the whole ，the development trend of carrying capacity in Nanjing is good but still ex-ists certain rising space．

Key words ：water resources carrying capacity ；principal component analysis ；water resources evalua-tion ；Nanjing

1水资源承载力概述

水是生命之源，是在人类社会不断发展的过程

中不可缺少的重要自然资源。随着人口的快速增长和经济的不断发展，许多国家都不同程度地出现了水资源短缺和水资源污染等问题。近年来，我国人多水少的现状持续恶化，水资源供需矛盾不断加剧，已经逐渐成为制约我国经济健康稳定发展的主要因素。为了实现水资源与人口、经济和环境的相协调发展，国内外的许多专家学者对水资源承载力这一

问题进行了研究［1］

。

国外学者通常将水资源承载力纳入到可持续发展的范畴中，很少针对这一领域进行专门的学术研

究。1998年美国UＲS 公司首次运用数学分析模型

对佛罗里达Keys 流域的水资源承载力进行了研究［2］

。Falkenmark 等人从生态学的角度出发，

认为水资源承载力是一种长期可持续能力，并运用系统动力学的方法，揭示了人口数量和水资源承载力的动态关系。Harris 等人着重研究了农业水资源对农业的承载能力，得出的结论是水资源利用量是影响农业可持续发展的重要因素。Ｒijiberman 在研究城市水资源评价和管理系统中将水资源承载力作为保障城市水资源安全的衡量标准。

我国对水资源承载力的研究最早在1985年，新疆水资源软科学课题组针对新疆地区的水资源承载能力问题进行了研究，并指出水资源承载能力是指

在满足维护生态环境用水要求后，所能支撑的工农业最大产值和人口数量。后来，我国学者对水资源承载力的定义提出了许多不同的看法，大致可以归纳为以下两类：一种观点侧重于从人类的需求角度进行解释，以能满足人类基本发展要求所必须的水资源数量来定义水资源承载力；另一种观点从水资源自身的角度出发，认为水资源承载力可以用水资源所能够支撑社会经济发展的能力来衡量［3］，但到目前为止，还没有形成一个有关水资源承载力概念的统一阐释。

结合我国当前的水资源现状，本文认为针对某一特定区域的水资源承载力是指在一定的时期内，以当前能够达到的科学技术水平为条件，以经济的可持续绿色发展为准则，以维护生态环境良性循环为目标，通过合理优化配置本地区可开发利用的水资源，为承受该地区的人口数量规模和社会经济活动所能提供的最大容纳和承载能力［4］。根据上述定义，水资源承载力的特征主要包括以下3点：第一，动态性。随着人们对有关水资源承载力的认识更加全面和深入，开发和利用水资源的效率也将不断提高，所以水资源承载力水平是一个长期动态变化的过程［5］。第二，区域性。水资源承载力受本地区的资源环境和经济结构的影响，各地区不同的区域特点和空间结构，使得不同地区的水资源承载力有所差别。第三，有限性。在特定的历史阶段，水资源承载力均存在一个可以实现的尽可能大的承载力上限，而无法超过这一界限，这主要是受当地自然环境、经济发展、人口数量等因素的约束［6］。

2主成分分析法

水资源承载力的研究方法有很多，其中具有代表性的主要有：常规趋势法、模糊评价法、层次分析法、主成分分析法等。其中，常规趋势法操作简单，但不能很好地体现影响水资源承载力各因素之间的相关性；模糊评价法虽然克服了常规分析法的局限性，但它利用取大取小的运算方法进行评价，会使部分有用信息丢失，不能准确反映原始数据的全部信息；层次分析法是由专家根据主观经验评判给分或者给出相关指标的权重系数，然后加权计算总分的一种评价方法，人为因素的干扰性较强［7］。主成分分析法属于客观赋值法，是在确保尽可能多地保留原有变量所包含的初始信息的前提条件下，运用降维技术，把多个变量转化为用少数几个主成分所表示的综合指标［8］。鉴于此，本文采用主成分分析法这一多元统计分析工具来研究水资源承载力。利用主成分分析法来评价水资源承载力，是用几个相互之间保持独立性的主成分替代原有影响水资源承载力的所有因素，即用一个综合性的指标来反映水资源承载力的变化趋势。主成分分析法的一般分析和计算的步骤如下：①原始数据的标准化；②求相关系数矩阵；③计算特征值和特征向量，确定主成分的个数；④计算主成分得分；⑤根据各主成分的权重，计算综合指标得分。

3南京市水资源承载力分析

3．1研究区域概况

南京位于江苏省西南部，总人口818．78万人，总面积达到6597km2，是江苏省政治、经济、文化的中心。南京是亚热带季风性气候，年平均温度达到15．4ħ，近年来最高气温为39．7ħ，最低气温为－13．1ħ；全年雨量比较充沛，年平均降水量有1106mm。南京本地区的水资源量比较匮乏，年均地表水资源量19．7亿m3，地下水资源量6．7亿m3，但过境水资源量非常丰富，年均过境水资源量达到9114亿m3［9］。

随着人口的快速增长和城市化进程的不断加快，南京市水资源的利用效率低下、水环境的不断恶化等问题，已经成为影响人民生活质量和经济发展水平的瓶颈。通过评价南京市水资源承载力水平，不仅有利于促进本地区水资源的开发和利用，缓解当前供不应求的水资源短缺现状，还可以更好地发挥水资源对促进地方经济社会可持续协调发展的推动作用［10］。

3．2建立评价指标体系

在参考全国水资源供需分析中提出的指标体系的基础上，根据可行性、科学性、代表性等原则，结合南京市水资源的现状和特点，本文共选取14个指标来构建南京市水资源承载力评价指标体系。这些指标分别从社会、经济、环境、生态等不同角度来反映水资源的开发利用情况、水资源的供需现状以及水资源的区域环境条件，综合反映南京市水资源承载力的动态变化。具体各项指标如下：地区生产总值X

1

，亿元、固定资产投资X

2

，亿元、政府财政一般预算支出X3，亿元、万元GDP用水量X4，m3、万元工业增加值用水量X5，m3、年降水量X6，亿m3、水资源总量X7，亿m3、总供水量X8，亿m3、人均生活用水量X9，L、污水处理率X10，%、农田有效灌溉面积

X

11

，khm2、人口密度X

12

，人/km2、城镇居民人均消

321

第1期童纪新，等：基于主成分分析的南京市水资源承载力研究