- 相關(guān)推薦
虛擬水視角下的水資源承載力分析論文
摘要：為研究華北地區(qū)水資源的可持續(xù)發(fā)展能力，引入虛擬水作為評(píng)價(jià)華北地區(qū)水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，探討虛擬水戰(zhàn)略的適用性及與水資源承載力的關(guān)系。以水資源總量、總供水量、年降水量等13個(gè)因子作為水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用主成分分析法對(duì)華北地區(qū)的水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：影響水資源承載力的驅(qū)動(dòng)因子主要為經(jīng)濟(jì)、人口和水資源及虛擬水凈流量；華北地區(qū)水資源承載力處于波動(dòng)上升的趨勢(shì)；虛擬水是影響水資源承載力的重要因子，但虛擬水的引入不會(huì)改變水資源承載力的總體變化趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：水資源承載力；虛擬水；虛擬水戰(zhàn)略；主成分分析法
地球上淡水資源僅占水資源總量的0.75%,全球現(xiàn)有12億人面臨中度到高度缺水壓力，80個(gè)國家水源不足，20億人飲水得不到保障。我國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家，水資源時(shí)空分布不均勻，大量淡水資源集中在南方，北方淡水資源只占南方的1/4,從可續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略角度考慮，區(qū)域發(fā)展必須考慮水資源的承載能力。20世紀(jì)末，水資源安全問題已經(jīng)引起世界各國政府的高度重視，水資源安全也隨之成為各國水資源研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。20世紀(jì)80年代初，聯(lián)合國教科文組織提出了資源承載力的概念，80年代中后期水資源承載力的研究作為可持續(xù)發(fā)展研究和水資源安全戰(zhàn)略研究中的一個(gè)基礎(chǔ)課題被提出來。國外對(duì)水資源承載力研究較少，基本被納入可持續(xù)發(fā)展理論中。我國對(duì)水資源承載力的研究最早是在1985年，以施雅風(fēng)院士為首的新疆水資源軟科學(xué)課題研究組提出了水資源承載力的概念，對(duì)新疆的WRCC和開發(fā)戰(zhàn)略對(duì)策進(jìn)行研究，隨后一些學(xué)者從不同角度提出了水資源承載力的概念。對(duì)水資源承載力的研究主要集中在流域研究、地區(qū)研究、城市研究；對(duì)水資源承載力的研究方法主要有常規(guī)趨勢(shì)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、主成分分析法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、多目標(biāo)決策法等。目前，已有少數(shù)學(xué)者將水資源承載力與虛擬水理論相結(jié)合進(jìn)行研究，但其研究處于探索階段，研究成果較少。
虛擬水由英國學(xué)者Allan于1993年首次提出，并將其定義為生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品所需要的水資源量；1996年他又對(duì)這一概念進(jìn)行了擴(kuò)展和完善，將其定義為“生產(chǎn)商品或服務(wù)所需要的水資源量”.2003年程國棟院士首次將虛擬水理論引入國內(nèi)，并以中國西北4省為例探討了虛擬水戰(zhàn)略以及實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略的對(duì)策建議，隨后虛擬水戰(zhàn)略研究在國內(nèi)展開。虛擬水戰(zhàn)略是水資源和水資源安全研究的創(chuàng)新領(lǐng)域，初步應(yīng)用在解決我國水資源短缺與糧食安全及水生態(tài)環(huán)境等問題中。虛擬水和虛擬水戰(zhàn)略的研究在我國尚處于初級(jí)階段，虛擬水戰(zhàn)略在我國的實(shí)際應(yīng)用還存在許多問題，目前將其應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)并與水資源相關(guān)領(lǐng)域研究的結(jié)合也不多見，多屬于定性論述和概念介紹，亟待進(jìn)行深入研究。
虛擬水戰(zhàn)略和水資源承載力均是水資源安全與水資源管理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)一般選取與資源、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等相關(guān)的指標(biāo)，在資源中一般選取水資源的自然狀況和開發(fā)利用程度，虛擬水是水資源開發(fā)利用程度的體現(xiàn)，因此本文將虛擬水作為水資源承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察虛擬水對(duì)水資源承載力的影響程度。
水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取通過水資源承載力的概念分析，水資源承載力最終要以一定的人口總量規(guī)模為落腳點(diǎn)，以可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以可持續(xù)發(fā)展為原則，以維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)發(fā)展為條件，經(jīng)過合理優(yōu)化配置，對(duì)該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支撐能力。因此，可將影響水資源承載力的主要因素歸納為：資源、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等。筆者擬從水資源狀況及開發(fā)利用程度、消費(fèi)水平與結(jié)構(gòu)、人口和生產(chǎn)力4個(gè)方面選取具體評(píng)價(jià)指標(biāo)：由于自然地理?xiàng)l件的不同，水資源的數(shù)量、質(zhì)量及對(duì)其開發(fā)利用程度也不同，文中選取水資源總量（X1,108m3）、總供水量（X2,108m3）、年降水量（X3,108m3）、地表水量（X4,108m3）、農(nóng)業(yè)用水量（X5,108m3）、工業(yè)用水量（X6,108m3）、生活用水量（X7,108m3）、虛擬水凈流量（X8,108m3）作為水資源狀況及開發(fā)利用程度具體評(píng)價(jià)指標(biāo)；在社會(huì)生產(chǎn)能力確定的前提下，水資源承載能力的大小受消費(fèi)水平及結(jié)構(gòu)的影響，因此選取城鎮(zhèn)居民消費(fèi)水平（X9,元）、農(nóng)村居民消費(fèi)水平（X10,元）作為消費(fèi)水平與結(jié)構(gòu)的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)；人是社會(huì)生產(chǎn)的主體，水資源承載能力也包括承載人的能力，因此選取總?cè)丝冢╔11,104人）作為人口的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)；在不同生產(chǎn)力水平下利用單位質(zhì)量的水可生產(chǎn)不同數(shù)量及質(zhì)量的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，因此，在研究某一地區(qū)或區(qū)域的水資源承載能力時(shí)要估測(cè)現(xiàn)狀與未來的生產(chǎn)力水平，選取地區(qū)生產(chǎn)總值（X12,108元）和固定資產(chǎn)投資額（X13,108元）作為生產(chǎn)力的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)。
水資源承載力評(píng)價(jià)方法筆者采用主成分分析法對(duì)華北地區(qū)水資源承載力進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，主成分分析是將許多相關(guān)性很高的變量轉(zhuǎn)化成彼此相互獨(dú)立的或不相關(guān)的變量，可以在盡可能保留原始變量信息的基礎(chǔ)上降低變量的維度。因此，主成分分析法可以把影響水資源承載力的多個(gè)因子，用少數(shù)幾個(gè)相互獨(dú)立的主成分的線性組合來反映原有多個(gè)因子的絕大部分信息，表達(dá)不同時(shí)段水資源承載力的狀況。
運(yùn)用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，主成分分析的一般步驟如下：
a.為排除量綱和數(shù)量級(jí)的影響，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。通過Analyze→DescriptiveStatis-tics→Descriptive對(duì)話框來實(shí)現(xiàn)。
b.計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化后的樣本相關(guān)矩陣，并求相關(guān)矩陣的特征值（取特征值大于0.8），并計(jì)算其累計(jì)貢獻(xiàn)率，按累計(jì)貢獻(xiàn)率大于或等于85%的原則確定主成分?jǐn)?shù)（利用Analyze→DataReduction→FactorA-nalysis來完成）。
c.用主成分載荷矩陣中的數(shù)據(jù)除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值開平方根得到兩個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)（利用“Transform→ComputeVaria-ble”對(duì)話框），然后將得到的特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，就可以得出主成分即得分表達(dá)式。
d.以每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重計(jì)算主成分綜合模型。
實(shí)證研究研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源本文以華北區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)域。華北區(qū)域包括北京、天津、河北、山西和內(nèi)蒙古，位于我國大陸北部，介于北緯32°~42°之間，東經(jīng)110°~120°。區(qū)域氣候具有明顯的季風(fēng)特征，處于北溫帶。該區(qū)域四季分明，降水集中在夏季，雨量偏低，并且夏季降水量總體呈下降趨勢(shì)，但極端降水天氣發(fā)生的次數(shù)并沒有減少，強(qiáng)度也呈增加趨勢(shì)。
本文所采用的數(shù)據(jù)資料均來自《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》（2001-2010年）、《水資源公報(bào)》（2000-2009年），并經(jīng)過計(jì)算整理獲得；虛擬水凈流量主要參考文獻(xiàn)。華北地區(qū)水資源承載力的評(píng)價(jià)結(jié)果及分析在表1中選取了總降水量、人口、消費(fèi)結(jié)構(gòu)等13個(gè)指標(biāo)，并應(yīng)用SPSS19.0軟件進(jìn)行主成分分析得到水資源承載力驅(qū)動(dòng)因子的相關(guān)系數(shù)矩陣（表2,表3）及其特征值和貢獻(xiàn)率（表4,表5）。由表4和表5可知，所選取的因子均存在一定的相關(guān)性。由表4可以看出，前3個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)到90.875%;由表5可以看出，前4個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)93.818%.因此，第一組數(shù)據(jù)中，有3個(gè)主成分（F1、F2和F3）較全面地反映了影響華北地區(qū)水資源承載力變化的驅(qū)動(dòng)因子；第二組數(shù)據(jù)中有4個(gè)主成分（F'1、F'2、F'3和F'4）體現(xiàn)水資源承載力的年際變化趨勢(shì)。
由表8和表9可以看出，水資源承載力得分既有正值又有負(fù)值，正負(fù)并不能代表水資源承載力的真實(shí)水平，而是表示水資源承載力在所選取時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)位置，正值表示高于該時(shí)段內(nèi)的平均水平，負(fù)值表示低于該時(shí)段內(nèi)的平均水平，綜合得分越高說明水資源承載力越大，反之越小。
由表8可知，F(xiàn)1與F'1的得分在2000-2009年呈逐年增加的趨勢(shì)，表明影響水資源承載力的主要因素是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技水平逐漸提高，對(duì)污水回收處理能力得到顯著增強(qiáng)。2005年北京市利用再生水為2.6×108m3,2006年為3.6×108m3,預(yù)計(jì)到2020年將利用再生水8×108m3.人口作為持續(xù)增長的外部因素也影響著水資源承載力，但從表7可以看出，人口的增長使得生活需水不斷增加，水資源污染不斷加劇，給水資源承載力造成了更大的壓力。
F2與F‘的得分沒有明顯的規(guī)律性，主要是因?yàn)榈诙䝼�(gè)主成分受水資源的自然狀況影響，自然條件沒有固定的規(guī)律，導(dǎo)致降水量與地表水量也沒有固定的規(guī)律，因此，第二主成分主要受自然條件影響。
F3與F’的得分主要受總供水量影響，總供水量多的年份分值較高，總供水量低的年份分值相對(duì)較低。華北地區(qū)的總供水量，除本地區(qū)水資源供給外，還來源于引黃入晉的外調(diào)水，外調(diào)水對(duì)該成分也有較大的影響。
F'4的得分主要是受虛擬水凈流量的影響，華北地區(qū)是虛擬水凈調(diào)入?yún)^(qū)，在人口逐年增加，糧食需求隨之增加的狀況下，農(nóng)業(yè)需水卻在逐年減小，主要是虛擬水貿(mào)易的影響，虛擬水的調(diào)入緩解了當(dāng)?shù)氐乃Y源壓力，劉博等認(rèn)為實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略是提高北京水資源承載力的重要途徑。但事實(shí)上虛擬水戰(zhàn)略不會(huì)因水資源承載力的大小而發(fā)生變化，僅是水資源承載力的評(píng)價(jià)因子。
華北地區(qū)在10年內(nèi)的得分呈波動(dòng)增長趨勢(shì)，說明華北地區(qū)水資源承載力狀況有所好轉(zhuǎn)。2003年、2006年、2007年、2008年和2009年水資源承載力總得分均為正值，除2006年外，總得分F均高于F';而2000年、2001年、2002年、2004年和2005年水資源承載力均為負(fù)值，除2004年外總得分F‘均高于F.由此可以看出，當(dāng)總得分為正值時(shí)，即在水資源壓力逐年轉(zhuǎn)好的情況下，虛擬水的調(diào)入調(diào)出對(duì)水資源承載力影響不是很大，而當(dāng)水資源承載力為負(fù)，即水資源承載力壓力較大時(shí)，虛擬水則成為主要的影響因素之一，調(diào)入量越多水資源承載力越大可以減緩水資源壓力，相反輸出則會(huì)增加水資源壓力。
由此可以證明，虛擬水戰(zhàn)略在僅考慮水資源的前提下適用于缺水地區(qū)，而對(duì)水資源富足地區(qū)的水資源承載力影響不大。但由于本文選取的主成分分析法的特性，僅能說明虛擬水凈流量在不同年份對(duì)水資源承載力的重要程度，并不能因此說明2005年后虛擬水凈流量就不影響水資源承載力，因此，筆者通過對(duì)比分析水資源承載力的主成分?jǐn)?shù)，揭示虛擬水凈流量是其主要的影響因子。
結(jié)論
a.應(yīng)用主成分分析法對(duì)華北地區(qū)的水資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，通過結(jié)果分析，影響水資源承載力的驅(qū)動(dòng)因子主要為：經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口和水資源及虛擬水凈流量，經(jīng)濟(jì)發(fā)展因子的貢獻(xiàn)率居各主成分之首，是對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源承載力影響最為關(guān)鍵的因子。
b.華北地區(qū)水資源承載力處于波動(dòng)上升的趨勢(shì)，水資源的自然屬性維持著資源稟賦的穩(wěn)定性，南水北調(diào)與引黃入晉為華北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了一定的支撐作用，緩解了區(qū)域內(nèi)的用水矛盾，因此，為緩解水資源的供需矛盾，該地區(qū)必須高效開發(fā)利用水資源。
c.將虛擬水理論引入到水資源承載力評(píng)價(jià)中，可看出虛擬水也是水資源承載力的重要影響因子，但虛擬水的引入不會(huì)改變水資源承載力的總體變化趨勢(shì)，只會(huì)在水資源承載力低于多年平均水平時(shí)，緩解水資源壓力，而在水資源承載力高于多年平均水平時(shí)，虛擬水對(duì)水資源承載力的影響則不大。并可以證明虛擬水戰(zhàn)略的適用性是有局限性的，在不考慮社會(huì)因素的影響下，首先，虛擬水戰(zhàn)略僅適用于缺水地區(qū)，可以改善缺水地區(qū)的水資源壓力；其次，在缺水地區(qū)虛擬水戰(zhàn)略的適用性受到水資源承載力的限制，隨著時(shí)間段變化，水資源壓力得到緩解，水資源承載力高于多年平均水平時(shí)，虛擬水戰(zhàn)略的適用性減弱，虛擬水對(duì)水資源壓力的緩解作用減弱，影響水資源承載力的首要因素還是經(jīng)濟(jì)發(fā)展因子。因此，在解決我國水資源短缺和時(shí)空分布不均時(shí)，在實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略的同時(shí)，必須配合節(jié)水措施、調(diào)水戰(zhàn)略、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略等手段，提高用水效率、提高工程蓄水保水能力等措施實(shí)現(xiàn)水資源承載能力的提高。
d.亟須建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，補(bǔ)償缺水地區(qū)虛擬水凈流出的生態(tài)成本，從而促進(jìn)虛擬水貿(mào)易的可持續(xù)性，避免虛擬水輸出區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，生態(tài)遭到破壞等問題。
參考文獻(xiàn)：
[1]中華人民共和國水利部。中國水利統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國水利水電出版社，2011:52,158.
[2]國家統(tǒng)計(jì)局農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查司。中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，1991-2011.
[3]唐文進(jìn)，徐曉偉，許桂華。大規(guī)模水利投資對(duì)中國經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)效應(yīng)[J].當(dāng)代財(cái)經(jīng)，2011（11）：20-29.
[4]杜威漩。中國農(nóng)業(yè)水利基建投資的實(shí)證研究[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2005（3）：43-47.
[5]李子奈。計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2008:277-278,379.
[6]余利豐。農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與農(nóng)業(yè)發(fā)展關(guān)系研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2006.
【虛擬水視角下的水資源承載力分析論文】相關(guān)文章：
水資源承載力和水環(huán)境承載力概念分析論文10-09
制度分析視角下的公共管理行為論文10-08
低碳經(jīng)濟(jì)視角下的茶文化旅游分析論文10-08
合作原則視角下幽默效果產(chǎn)生的原因分析論文10-09
經(jīng)濟(jì)視角下食品安全問題原因分析論文03-22
經(jīng)濟(jì)學(xué)視角下的小城鎮(zhèn)建設(shè)分析論文10-09
實(shí)體經(jīng)濟(jì)與虛擬經(jīng)濟(jì)的分析論文10-09
公共管理視角下我國食品安全問題分析論文10-08