广州市水资源承载力的主成分分析

广州市水资源承载力的主成分分析

陈雯，黄长生，王宁涛

【摘 要】摘要：水资源承载力是衡量经济社会可持续发展的重要指标。本文以广州市水资源承载力为研究对象，在现有资料的基础上，运用主成分分析法从14个指标中提取出影响水资源承载力动态变化的两个主成分，并对广州市水资源承载力年际变化进行了综合评价。结果表明：2005-2010年，广州市水资源承载力呈现逐年下降的趋势。但就目前情况来看，通过扩展供水工程、加强节水措施等能缓解供需矛盾，水资源承载力还存在一定的提升空间。 【期刊名称】华南地质与矿产 【年(卷),期】2013(029)004 【总页数】5

【关键词】主成分分析；水资源承载力；广州市

水资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。近年来，由于水资源不合理开发利用以及工农业污染造成的水环境恶化等问题，不仅进一步加剧了水资源供需矛盾，也给水资源可持续利用带来威胁。因此，水资源承载力作为衡量区域可持续发展的一项重要指标，成为当前水资源科学领域研究的重点和热点。 广州市地处广东省中南部，珠江三角洲北缘，全市面积7434.4 km2，下辖越秀区、荔湾区、海珠区、天河区、白云区、黄埔区、番禺区、花都区、南沙区、萝岗区10个市辖区及增城市、从化市2个县级市。广州市本地水资源较少，全市多年本地平均水资源总量为79.79亿m3，人均水资源占有量仅为1375 m3，不到全国人均水平的1/2。入境水量相对丰富，多年平均径流量为1141亿m3，为本地水资源的14倍[1]。在城市化进程不断推进的背景下，经济快

速增长和人口剧增使得广州市用水需求不断增加，水资源供需矛盾日益突出，已成为制约经济社会可持续发展的“瓶颈”因素。因此，研究广州市水资源承载力，全面分析水资源承载力现状，对促进当地水资源可持续利用以及经济社会可持续发展具有十分重要的现实意义。

自20世纪80年代末以来，我国许多学者在不同流域、区域、城市开展了水资源承载力研究，已有的研究成果主要集中在以下三个方面[2-14]：（1）对水资源承载力评价指标建立的探索；（2）对水资源承载力着重概念、内涵等方面的理论研究；（3）对水资源承载力量化方法、评价模型上的探索。存在的主要问题在于，目前水资源承载力研究理论基础不完善，尚未形成公认的基础理论和研究方法。综合评价水资源承载力的量化方法有很多，常见的包括常规趋势法、系统动力学法、模糊综合评价法等，各种方法的应用中均存在不足之处[13]。主成分分析法基于降维思想，通过线性变换，将多个指标进行最佳综合与简化，通过少数几个主成分来揭示多个指标间的内部结构关系，并尽可能多地保留原始指标的信息。本文采用主成分分析法，把影响广州市水资源承载力的多个因子转化为少数几个综合指标，并综合分析广州市水资源承载力的年际变化趋势。

1 主成分分析法

本次研究运用SPSS16.0统计分析软件进行数据处理。设水资源承载力评价指标体系原来有p个评价指标，用X1、X2、…、Xp表示，经主成分分析后得到m（m＜p）个主成分Z1、Z2、…、Zp，则主成分分析的主要步骤为：（1）原始数据进行标准化处理；（2）计算相关矩阵R；（3）计算R的J个特征根λ1、λ2、…、λJ，以及每个特征根对应的特征向量U1、U2、…、UJ；（4）通过计算累计贡献率，贡献率E＞85%的原则确定主成分个数m；（5）求主成分权重

ek；（6）求综合评价指数Z。综合评价指数Z越大，反映了水资源承载力状况越强，反之，评价值越小，水资源承载力越弱。

本文采用的数据资料来自《广州市统计年鉴》、《广东省水资源公报》、《广州市水资源公报》，选取2005-2010年统计数据作为评价的原始数据。

2 广州市水资源承载力分析

2.1 指标选取

水资源承载力既受到自然地理条件的约束，又受到区域人口、社会、经济、生产力水平等多方面的影响。在充分考虑广州市水资源承载力现状及各类影响因素的基础上，指标体系的建立主要包含以下四个方面：（1）反映水资源条件；（2）反映水资源供需关系；（3）反映社会经济发展状况；（4）反映污水排放处理状况。同时，也参考了前人的研究工作，基于科学性、可比性等原则，在2005-2010年基础数据资料中，选取了14个指标（表1）对广州市水资源承载力进行动态综合评价（表1）。具体包括：

GDP X1，亿元；固定资产投资额X2，亿元；总人口X3，万人；水资源总量X4，亿m3；全市入境水量X5，亿m3；总供水量X6，亿m3；工业用水量X7，亿m3；农业用水量X8，亿m3；生活用水量X9，亿m3；城镇居民生活人均日用水量X10，L/d；万元GDP用水量X11，m3；万元工业增加值用水量X12，m3；农田灌溉亩均用水量X13，m3；污水处理率X14，%。 2.2 主成分分析

运用SPSS16.0软件进行数据分析计算，得出各评价指标的标准化矩阵、相关系数矩阵、特征值、主成分贡献率和累计贡献率（表2）。

从表3可以看出，所选取的评价指标如X6和X7、X8存在一定的相关性，相