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上海市水资源承载力评价及预测

2020-08-06李骥飞徐天元

绿色科技 2020年4期
关键词:承载力预测

李骥飞 徐天元

摘要:指出了水是维系人类生存和发展的重要资源,是人类可持续发展的重要基础。但干旱、洪涝、水资源污染、缺水等异常水资现象严重威胁社会的可持续发展。运用主成分分析法对上海市水资源承载力状况进行了研究,结果表明:①上海市2007-2016年水资源承载力总体呈现上升趋势,水环境也得到进一步优化。影响上海市水资源承载力的因子主要是人口因子和经济因子。②通过预测分析,根据上海市2035规划,至2035年常住人口控制在2500万人左右,年用水总童控制在138亿m3,万元地区生产总值(GDP)用水量控制在22.5m3以下,上海市水资源承载力可承载的经济活动的最大量为56354.25億元。

关键词:承载力;预测;利用红线

中图分类号:TV213.9 文献标识码:A 文章编号:1674-9944(2020)04-0168-04

1 引言

水是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一,随着水资源短缺和污染问题日益严峻,水资源的短缺和污染问题已逐渐成为束缚人类社会经济发展的重要因素[1]。水资源承载力是某一地区的水资源在某一具体历史发展阶段下,以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据,以可持续发展为原则,以维护生态环境良性循环发展为条件,经过合理优化配置,对该地区社会经济发展的最大支撑力[2]。水资源承载力已经成为衡量该区域可持续发展的一项重要指标。因此,正确地评价区域水资源的承载力,对合理充分利用水资源以及促进区域社会经济的可持续发展具有重要的现实意义[3]。

我国目前对于水资源承载力的研究区域主要集中于中西部,对于东南沿海水资源承载力的研究相对较少,对于沿海特大城市例如上海的研究将对我国社会生态的发展具有重要意义。本文基于主成分分析法,构建影响水资源承载力的综合指标体系,对上海市水资源承载力从时间尺度对上海市水资源承载力变化进行分析评价,力求全面客观反应起时空变化。根据上海市2035城市规划,通过回归分析预测上海市水资源可承载的经济总量。

2 研究区域与数据来源

上海市地处长江和黄浦江人海汇合处,是长江三角洲冲积平原的一部分,下辖黄浦、徐汇、静安、松江等16个市辖区,境内水系发达,河网密布。2013年本地水资源总量为28.03亿m3,过境水资源总量为8046.4亿m3[4]。

本文原始数据分别来自《上海市统计年鉴》(2008-2016)、《上海市水资源公报》、中华人民共和国国家统计局国家数据网以及各区县2016年统计年鉴,并通过计算整理获得。

3 上海市水资源承载力综合评价

3.1 指标的选取

对上海市水资源承载力进行分析时,关键是选择合适的指标数据,参照全国水资源承载分析中的指标体系和其他水资源评价指标体系及标准,根据科学性原则,本文选取了15个指标因子对上海市2007~2015年的水资源承载力进行动态综合评价,X1为地区生产总值(108元),X2为固定资产投资额(108元),X3为总人口(104人),X4为城市人口比重(%),X5为水资源总量(108m3)、X6为万元GDP耗水量(m3/104元),X7为生态用水量(108m3)、X8为有效灌溉面积(103hm2)、X9为废水排水量(104t)、X10为总供水量(108m3)、X11为人均用水量(m3)、X12为工业用水量(108m3)、X13为农业用水量(108m3)、X14为生活用水量(108m3)、X15为工业增加值(108元)。

3.2 结果分析

通过分析发现,只有前三个特征值大于1,所以选择了前三个主成分,第一个主成分的方差贡献率是61.724%,第二个主成分的贡献率为18.546%,第三个主成分的贡献率为10.291%,前三个主成分的累计贡献率达到了90.561%。由此可见,选前三个主成分已足以替代原来的变量,几乎涵盖了其他因子的全部信息(表1~3)。

主成分载荷是主成分与变量之间的相关系数,如表4所示。第一主成分与X5、X10、X11、X12在较强的正相关关系,与X1、X2、X3存在较强的负相关关系,第二主成分主要受城市人口因子、水资源供应因子的影响,第三主成分主要受废水排水量因子的影响。基本涵盖了经济发展和人口以及水资源供需的主要因子。由此可以得出,影响水资源承载力的因子主要包括经济发展因子、人口因子、水资源供需平衡因子、工业生产用水因子,随着上海经济的持续发展,对水资源的需求不断增长,但经济的发展和科技水平的提高,也使得城市污水处理能力得到显著增强,人口作为持续的外部因素,也在一定程度上影响着水资源的承载力。但是,就目前上海市的常住人口变化趋势来看,近几年上海常住人口数量出现波动,故上海市人口对于上海市水资源承载力的影响有限。

通过计算三个主成分得分并根据3个主成分F1、F2和F3的得分贡献率,计算出综合得分F,F值越小说明当年的水资源承载力越大[5,6],具体水资源承载力的各主成分得分和综合得分及其排序。由表5的排名可见,2007~2009年水资源承载力为上升趋势,2010年出现波动,2011~2016年又呈现出逐渐上升的趋势。上海市的水资源承载力总体呈现出逐年波动上升的发展趋势。

3 上海市水资源承载力预测及缺水风险评估

3.1 上海水资源承载力预测

通过分析,发现上海水资源的主要驱动力是经济因子与人口因子为主,故选取5个与主成分相关性较高的经济、人口、供水指标因子(Z1为地区生产总值(108元)、Z2为总人口(104人)、Z3万元GDP耗水量(1m3/104元)、Z4总供水量(108m3)、Z5人均用水量(m3))。以总供水量为因变量,地区生产总值、人口、万元GDP耗水量以及人均用水量为自变量通过回归分析建立各个因子之间的线性模型并根据模型做评价和预测(表6~8)。

经过对数据进行多重线性回归分析可知:得到的最终模型为模型5,也就是以总供水量(Z4)为因变量,以地区生产总值(Z1)、总人口(Z2)、万元GDP耗水量(Z3)以及人均用水量为自变量(Z5)。模型表达式为:

根据2035上海市城市总体规划,至2035年常住人口控制在2500万人左右,至2035年,年用水总量控制在138亿m3,万元地区生产总值(GDP)用水量控制在22.5m3以下,可算得上海市水資源承载力可承载的经济活动的最大量为56354.25亿元。

4 结论与讨论

(1)应用主成分分析法对上海市的水资源承载力进行综合评价,能比较全面客观的反映上海市水资源承载力的变化趋势,通过分析发现:上海市2007~2016年水资源承载力总体呈现上升趋势,水环境也得到进一步优化。影响上海市水资源承载力的主要驱动因子为经济发展因子、人口因子以及水资源供需平衡因子。

(2)通过预测分析,根据上海市2035规划,至2035年常住人口控制在2500万人左右,年用水总量控制在138亿m3,万元地区生产总值(GDP)用水量控制在22.5m3以下,得上海市水资源承载力可承载的经济活动的最大量为56354.25亿元。

(3)上海市水资源承载力总体处于逐年上升的发展趋势,上海市较为丰富的入境水量为上海市经济社会的发展提供了强大的支撑作用。一方面,上海市加强了对与水污染的治理,使得可利用的水资源总量逐年上升,另一方面,加强对水资源的利用管理,鼓励水资源利用率高、水资源使用量少的低耗水产业的发展,积极开展水资源的回收利用和污水处理,加强了水污染防治工作,使得水资源承载力逐年上升。

参考文献:

[1]吴健,胡冬雯,王敏,等.上海水资源可持续利用与管理对策[J].长江流域资源与环境,2007(2):20~25.

[2]许世存.吉林省水资源承载力研究[D].长春:吉林大学,2009.

[3]王奎峰.山东半岛资源环境承载力综合评价与区划[D].徐州:中国矿业大学,2015.

[4]何斌.金鹏飞,羊丹.上海市水资源调度现状与思考[J].中国水利,2015(3):25~26.

[5]张鸿龄,孙丽娜.赵国革.运用主成分分析法评价浑河水体中重金属污染来源[J].沈阳大学学报(自然科学版),2012,24(5);5~9.

[6]曹丽娟,张小平.基于主成分分析的甘肃省水资源承载力评价[J].干早区地理,2017(4).

收稿日期:2020-02-16

作者简介:李骥飞(i995-),男,硕士研究生,研究方向为城市环境与生态。

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