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我國北方地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展狀況的評價
我國北方地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展狀況的評價 摘要:本文利用國際通行的水資源緊缺指標對我國北方地區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展狀況進行評價,結(jié)果表明,除寧夏和新疆為輕度缺水地區(qū)外,其他地區(qū)均為極度和重度缺水地區(qū)�？梢�,水資源緊缺已經(jīng)成為北方地區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸,需要對其水資源可持續(xù)利用進行綜合評價。在系統(tǒng)性、全面性和可操作性的原則下,選用了水資源總量I1,年降水量I2,大中型水庫蓄水量(上年末)I3,供水總量I4,耗水總量I5,人均用水總量I6,單位GDP用水量I7,實際灌溉面積I8,水質(zhì)I9等9個指標,建立了北方地區(qū)水資源可持續(xù)利用綜合評價指標體系;采用多元統(tǒng)計分析中的主成分分析法,對17個城市的水資源可持續(xù)利用進行綜合評價,希望為我國北方地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的改善提供較為科學的依據(jù)。
關(guān)鍵詞:可持續(xù)利用 水資源緊缺指標 主成分分析
水資源問題是當今世界熱門的話題之一,隨著人口的增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展,水資源危機正與日俱增,尤其是一些干早地區(qū)和大中型城市,解決水荒問題已成燃眉之急�？沙掷m(xù)發(fā)展是指既滿足當代人的需要,又不危害后代人滿足其自身需要能力的發(fā)展,已成為許多學科的一個研究方向。在世界水資源短缺的今天,水資源可持續(xù)開發(fā)、利用及其定量評價已成為眾多學者研究的重點。
1我國北方地區(qū)水資源的現(xiàn)狀
眾所周知,我國北方地區(qū)水資源短缺,成了制約該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的主要因素之一。影響水資源可持續(xù)發(fā)展的主要因素有幾點:①經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理。②水資源短缺,表現(xiàn)在水資源總量偏少、人均占有水量偏低、徑流量年際變化大、降雨量和徑流量年內(nèi)分配不均等方面。③供水工程建設(shè)滯后。④環(huán)境惡化趨勢明顯,地下水過量開采、持續(xù)干旱少雨、工業(yè)和生活污染等造成了水環(huán)境的日益惡化。根據(jù)1996年水質(zhì)監(jiān)測資料對河流枯水期水質(zhì)進行分類評價結(jié)果,北方17個省級行政區(qū)總河長51 670 km,水質(zhì)良好的Ⅰ類水占總河長的4.0%,水質(zhì)較好的Ⅱ類水占總河長的18.6%,水質(zhì)尚可的Ⅲ類水占總河長的21.4%,水質(zhì)已受污染的Ⅳ類水占總河長的23.7%,水質(zhì)受嚴重污染的Ⅴ類水占總河長的32.3%,有11個省區(qū)(冀、晉、遼、臺、黑、蘇、皖、魯、豫、陜、寧)受污染的河長占評價河長的50%以上。
依據(jù)國際通行的水資源緊缺指標(表1)衡量,我國北方大部分城市地區(qū)屬于重度缺水地區(qū)。水資源現(xiàn)狀評價結(jié)果見表2。由表2可知,我國北方除寧夏、新疆為輕度缺水地區(qū)外,其他15個省市都為重度、極度缺水地區(qū)。
通過上面對我國北方地區(qū)水資源現(xiàn)狀的介紹和評價,可知水資源短缺已經(jīng)成為該地區(qū)人口密集和生產(chǎn)發(fā)達地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。因此對其水資源可持續(xù)利用程度評價指標體系的建立及其綜合評價就顯得十分緊迫和重要。
2 水資源可持續(xù)利用程度評價指標體系的建立
2.1 指標選擇的原則
判斷一個區(qū)域以水資源為主要控制因素的資源—社會—經(jīng)濟—環(huán)境這一復合系統(tǒng)是否實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展,必須建立該區(qū)域水資源可持續(xù)利用評價指標體系和相應的衡量標準與方法,才能給出可持續(xù)與否的科學界定。因此,區(qū)域水資源可持續(xù)利用評價,指標體系不僅要體現(xiàn)該區(qū)域水資源本身的特征、開發(fā)、利用、管理狀況即水資源系統(tǒng)的發(fā)展水平,與水相關(guān)的社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展水平,還要反映水資源系統(tǒng)與社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展狀況和協(xié)調(diào)程度,以及復合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力�；谶@種思想,在選擇指標構(gòu)建指標體系時,必須遵循如下原則:
2.1.1 系統(tǒng)性與層次性相結(jié)合 區(qū)域以水資源為主導因素的資源—社會—經(jīng)濟—環(huán)境這一復合系統(tǒng)的內(nèi)部非常復雜,各個子系統(tǒng)之間相互影響,相互制約。因此,要求建立的指標體系層次分明,不僅要反映
各子系統(tǒng)各自的特征,更要體現(xiàn)水資源系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。
2.1.2 全面性與概括性相結(jié)合 所選擇的指標既要盡量全面地反映區(qū)域水資源可持續(xù)利用這一復合系統(tǒng)的各個方面,又要精煉,避免信息重復,從而影響評價結(jié)果的精度。
2.1.3 可行性與可操作性相結(jié)合 建立的指標體系往往在理論上反映較好,但實踐性不強。因此,在選指標時,不能脫離指標相關(guān)資料信息條件的實際,盡量選擇那些關(guān)鍵性的具有綜合性的指標,使得建立的指標體系簡潔明確,易于計算和分析。
2.1.4 動態(tài)性與靜態(tài)性相結(jié)合 作為一個系統(tǒng),水資源系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展是不斷變化的,是動態(tài)與靜態(tài)的統(tǒng)一。因此,可持續(xù)發(fā)展測度指標體系也應該是動態(tài)與靜態(tài)的統(tǒng)一,既要有靜態(tài)指標,也要有動態(tài)指標。
2.2 評價指標體系的建立
根據(jù)以上原則選取了充分反映我國北方地區(qū)的水資源總量I1,(億m3)、年降水量I2,(mm)、大中型水庫蓄水量I3,(億m3)、供水總量I4,(億m3)、耗水總量I5,(億m3)、人均用水總量I6,(m3/人)、單位GDP(國內(nèi)生產(chǎn)總值)用水量I7,(億m3/萬元)、實際灌溉面積I8,(萬畝)和水質(zhì)I9,(等級)等9項指標作為評價指標(見表1),對該地區(qū)17個省、市、自治區(qū)的水資源持續(xù)發(fā)展狀況進行評價。
2.3 水資源可持續(xù)利用的主成分分析評價方法
近年來,隨著多元統(tǒng)計方法的普及與應用,主成分分析法也成為一種較新的評估方法,它有著不同的原理和特性,它的本質(zhì)目的是對高維變量系統(tǒng)進行最佳綜合與簡化,同時也客觀地確定各個指標的權(quán)重,避免主觀隨意性,而綜合評價的焦點正是如何科學、客觀地將一個多目標問題綜合成一個單指標形式,因此主成分分析法不失為一種較好的評價方法。
2.3.1 主成分分析法 主成分分析法的工作目標,就是要在力保數(shù)據(jù)信息丟失最小的原則下,對高維變量空間進行降維處理;即在保證數(shù)據(jù)信息損失最小的前提下,經(jīng)線性變換和舍棄一小部分信息,以少數(shù)的綜合變量取代原始采用的多維變量。
由圖1及表5,將17個城市地區(qū)的水資源可持續(xù)利用程度劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等4個等級。其中I級表示該區(qū)域水資源開發(fā)尚處于初始階段,該階段水資源開發(fā)程度低,利用率低,水資源可持續(xù)利用潛力巨大,這樣的城市有2個,分別為圖1中寧夏和新疆;Ⅱ級表示該區(qū)域水資源開發(fā)利用處于起步階段,但該階段的水資源開發(fā)利用程度仍然較低,有較大的發(fā)展?jié)摿?這樣的城市有4個,分別為青海、甘肅、黑龍江、內(nèi)蒙古;Ⅲ級表示水資源開發(fā)利用程度己相當高,可持續(xù)發(fā)展?jié)摿^低,但還有一定的發(fā)展?jié)摿?分別為江蘇、吉林;Ⅳ級表示水資源開發(fā)利用已經(jīng)達到飽和狀態(tài),水資源系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿O低,應該考慮較小區(qū)域調(diào)水,并且以節(jié)水型為主,這樣的城市為北京、天津、河北、山西、遼寧、安徽、山東、河南、陜西。這一評價結(jié)果同水資源緊缺程度的評價結(jié)果基本一致。
3. 結(jié) 語
本文在利用國際通行的水資源緊缺指標對我國北方地區(qū)水資源現(xiàn)狀進行評價的基礎(chǔ)上,采用主成分分析的方法對北方17個城市及地區(qū)的水資源可持續(xù)利用程度進行了綜合評價,評價結(jié)果與緊缺指標的評價結(jié)果基本一致。主成分分析的方法,可以將9個評價指標綜合成4個主成分,根據(jù)評價指標的數(shù)據(jù)本身的信息得到主成分的權(quán)重,進而得到綜合評價值;避免了專家打分的人為任意性,同時該方法具有直觀和可操作性等優(yōu)點。
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Evaluation on sustainable development of water resources in north China
MEN Bao-hui ZHAO Xie-jing LIANG Chuan
(1.Agricultural department key open laboratory of Agriculture resource and environment in Yangtze River upper reaches, Chengdu 610066, China; 2. College of Hydraulic Eng., Si Chuan University, Chengdu 610065, China)
Abstract: According to the international current shortage index, the amount of the water resource of Sichuan, China, are studied. The primary component analysis (PCA) method to evaluate the water resource sustainable utilization of 17 cities in north China comprehensively has been used. Under the systematical, comprehensive and manipulative principles, we introduce 9 indexes to construct the index system of the comprehensive evaluation of the sustainable utilization of water resource in north China. The indexes are: gross of water resources (I1)、annual rainfall (I2)、 reservoir sluice amount of great- type and middle- type (I3)、grass of water supply (I4)、 consume gross of water resources (I5)、 amount of water resources per person (I6)、 amount of water resources per GDP (I7)、actual irrigation area (I8)、water quality (I9). As we can see, it is obvious that the shortage of water has been becoming the bottleneck of the sustainable development of Sichuan Province. This result could provide the scientific evidence to the economic development and environment improvement in north China.
Keywords: sustainable utilization, shortage index of water resource, primary component analysis (PCA) method
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