基于主成分分析法的河南省水資源綜合利用評價及對策

□鄭二偉 郭蓉蓉 馮娟娟

（1河南省水利勘測設計研究有限公司；2河南省商丘市水利工程管理處；3河南省白龜山水庫管理局）

0 引言

水資源具有時空分布的不均衡性、年際間變化的復雜性、開發利用的廣泛性等特點，水資源屬可再生資源，在自身的循環過程中可以不斷恢復和更新。水資源的開發利用程度常用水資源承載能力或可持續發展能力表示，以評價水資源自身支持經濟社會發展規模和維系良好生態系統的能力。河南省人均水資源量僅有414 m3，不足全國平均水平的1/5，水源性缺水和水質性缺水依然存在。隨著生態文明建設的深入推進，河南省通過加強水資源管理、節水優先和生態修復等措施，水資源可持續利用取得了初步成效。文章選取了河南省水資源可持續利用評價指標，采用主成分分析法對水資源可持續利用水平進行客觀評價，為科學制定河南省水資源可持續利用對策提供參考。

1 評價指標體系和方法

1.1 評價指標體系

水資源可持續利用評價指標體系的構建，必須遵循科學性、獨立性、可量性、可持續發展、動態性等原則，其指標體系完備性是正確評價水資源可持續利用水平的前提。基于評價指標選擇及指標體系的構建原則，構建水資源、生態環境、經濟社會等可持續利用分析的3個準則層31個評價指標，詳見表1。

1.2 主成分分析法

主成分分析法是在保證原始評價指標信息丟失最少的前提下，取累積貢獻率達到85%以上的新變量作為主成分，將原始評價指標抽取為幾個更集中、更典型、具有代表意義的新變量。

表1 河南省水資源可持續利用評價指標體系表

2 水資源可持續利用評價

根據《河南省水利統計年鑒》《河南省水資源公報》《河南省統計年鑒》等資料，選取河南省2007-2017 年水資源可持續利用評價指標。對水資源子系統10 個評價指標進行分析計算，將原始數據標準化處理，結果見表2。

水資源子系統前兩個主成分的累積貢獻率已經達到89%＞85%，說明取前兩個主成分變量就能提取到原10 個評價指標的大部分信息，已能充分反映出水資源子系統的基本特征，取前兩個特征值，計算得旋轉后的載荷矩陣如表3。旋轉后的因子載荷第1主成分在產水模數和地表水資源量上的載荷最大，可以解釋為地表水資源量主成分；第2主成分在入境水量和出境水量上的載荷最大，可以解釋為水資源開發利用程度主成分。

表2 水資源子系統數據標準化處理結果表

表3 載荷矩陣

令W1、W2分別代表第1、2主成分，它們可以表示為以下線性組合：

將標準化后的數據代入上式，得水資源子系統的兩個主成分得分，作歸一化處理乘所占權重，可得水資源子系統2007-2017年的發展水平，結果見表4。

3 綜合分析

根據王吉利等學者對水資源可持續利用的研究成果，河南省水資源發展水平總體呈上升趨勢，水資源子系統發展水平變化較大，河南地跨長江、淮河、黃河和海河四個流域，降雨和水資源量時空分布不均，年降水總量最大相差31.50%，導致地表徑流、地下徑流、出入境流量等指標變化較大；同時受高強度人類活動的影響，降水產流過程發生了很大變化，同樣的降水產生的徑流偏小很多；2013年水資源可持續利用綜合得分較低，主要原因是2013 年降雨量比多年平均降雨量減少了近25%，人均水資源量比多年平均人均水資源量減少了約45%，大中型水庫蓄水量較近10 a 蓄水量均值減少了約25%。各系統相對發展水平見圖1。

表4 水資源子系統發展水平

圖1 各系統相對發展水平圖

表5 河南省水資源可持續發展程度表

4 水資源可持續利用對策研究

4.1 強化水資源管理、堅持節水優先

強化水資源剛性約束，全面實施水資源消耗總量和強度“雙控”行動；堅持節水優先、落實以水定需，推進節水型社會達標建設；在生態脆弱敏感區、地下水超采和漏斗區、干旱及嚴重缺水區，在嚴控高耗水、高污染項目的同時，加快推進水效對標、達標改造工作，切實提高廢水循環利用率，積極推進廢水減量化和雨洪資源化；明確地下水禁采區和限采區范圍，積極實施水源置換、嚴控新增取用地下水。

4.2 加強水環境治理和生態修復

切實推進“河湖長制”工作和“四水同治”的實施，加大城鄉水環境治理力度和水生態修復，加強水環境治理，持續推進入河排污口整治、優化工程布局；完善江河湖庫水資源聯合調度，保障生態流量；切實推進南水北調中線及調蓄工程、黃河、淮河等沿岸生態廊道建設，強化環境準入和淘汰制度。

4.3 加大引黃力度、充分發揮南水北調中線工程效益

加快推進區域水資源優化配置，合理擴大南水北調中線和沿黃受水區范圍，著力提高供水保障能力，加大生態補水力度。結合受水區水資源承載力和受水指標分配，科學配置生活生產生態用水。充分利用工程沿線已有水利工程，合理新建配套調蓄及水系連通工程，實現南水北調水、引黃水與當地水的優化配置，有效改善受水區沿線河流和城市的生態環境。

4.4 嚴格地下水監管、加快推進水源置換

全力推進嚴格地下水監管，加快推進引調水工程受水區地下水井封停，壓減地下水開采總量，加快水源置換工程建設。2018年消減南水北調受水區地下水開采量6 600萬m3，至2018年底累計壓采地下水4.73 億m3，從全省平原區淺層地下水位與上年同期相比平均變化幅度來看，自2014 年地下水位在逐年回升，年平均相對回升0.10 m。

4.5 科學調配水資源、推進智慧水利建設

加快制定水利工程運行調度方案和應急水量調度預案，切實推進南水北調中線干線調蓄工程和引江濟淮工程建設建設，進一步提高雨污水、礦坑水等源化利用水平，科學調配水資源；構建水工程、水生態、水環境、河湖岸線等涉水要素的監測監控體系，加快推進智慧水利建設。

5 結語

河南省水資源基礎條件差，加之經濟社會快速發展，河道外用水量持續增加；地下水超采治理和海綿城市的建設是一個相對長期的過程。通過持續強化水資源管理、堅持節水優先，加強水環境治理和生態修復，充分發揮南水北調中線工程效益、加大引黃力度，嚴格地下水監管、加快推進水源置換，科學調配水資源、推進智慧水利建設，逐步提升實現水資源的可持續利用綜合水平。文章采用主成分分析法評價河南省2007-2017 年水資源可持續利用程度，其結果基本與近10 a 的水資源綜合利用情況一致，河南省水資源可持續利用發展水平基本呈上升趨勢。