综合评价我国区域水资源承载能力

前面关于淮河流域和关中平原水资源承载能力分析案例中，都是根据给定的等级标准进行的水资源综合能力评价问题。然而，在实际工作中，还会遇到另外一种情况，那就是没有评价标准的样本群综合评价问题，在数学上称这类问题为聚类分析。投影寻踪聚类模型也能进行这类问题的综合分析，其具体操作有以下两种情形：

其一，对于聚类效果能够通过投影特征值的散点分布图较为明显地反映出来，则可以直接通过投影特征值散点图的分布特征对样本群进行合理分类。

其二，如果投影特征值的散点分布图没有明显的分类特征，则可以采用级差增量累计法对样本投影特征值进行处理后，利用其级差增量累计值进行聚类分析。其具体步骤如下：

（1）对n个样本的投影特征值由小到大进行排序，z1最小，zn最大。

（2）计算相邻投影特征值间的差值δh＝zh+1-zh（h＝1，…，n-1）。

（4）以累加值Y为纵坐标、样本排序序号N为横坐标绘制散点图。

（5）依据N和Y的散点图进行样本聚类分析。

下面以我国区域水资源承载能力综合评价案例具体阐述投影寻踪聚类模型的具体操作应用。

1.基本资料

从水资源与社会发展、生态环境保护的匹配程度来分析区域水资源承载能力，匹配程度越高，表明区域社会经济发展和环境保护与当地水资源开发利用越协调，水资源承载能力越大。在指标设计上主要考虑水资源量在人口、经济和生态等方面的配置情况。参照文献[205]选取下面5个因素作为评价指标：x1为人均占有水资源量（m3/人）、x2为单位GDP占有水资源量（m3/百元）、x3为45种潜在资源价值占有水资源量（m3/百元）、x4为单位耕地占有水资源量（m3/hm2）、x5为单位面积水资源量（万m3/km2）。x1反映水资源对人口发展的保障能力，x2和x3反映水资源对经济发展的保障能力，x4和x5可以认为是反映水资源对生态环境的保障能力。表7-13列出了我国30个省、自治区、直辖市相应指标的统计值，其中四川省含重庆市，表中数据资料是根据文献[205]整理而得。

2.模型建立及综合分析

用表7-13的资料建立投影寻踪评价模型，其中n＝30，m＝5，经过模型计算得到最优的投影方向向量为

依据最优投影方向向量值可计算相应的投影特征值zi（i＝1，…，30），结果见表7-13。由于单位面积、单位人口、单位GDP、单位耕地面积和单位潜在矿产价值所拥有的水资源量愈大，则水资源对于区域发展的保障更有力，也就说明该区域的水资源承载能力越大，而投影特征值实质上也是各评价因素的线性加权，因此投影特征值越大则相应的承载能力就越大。

表7-13　评价指标数据和评价结果(www.xing528.com)

分析投影特征值的大小排序知，我国水资源与社会经济发展、生态环境保护的匹配程度由南向北越来越差，即南方地区的水资源承载能力大于北方地区。另一方面也说明有必要适当调整某些地区的产业结构使之与当地水资源开发利用状况相适应。

由于这里没有关于水资源承载能力的分类标准，为了对各全国水资源承载能力状况进行合理的区域分类，作级差增量累计分析：

（1）对30个样本的投影特征值由小到大进行排序，z1最小，z30最大。

（2）计算相邻投影特征值间的差值δi＝zi+1-zi（i＝1，…，29）。

（4）以累加值Y为纵坐标、样本排序序号N为横坐标绘制散点图7-10。由于西藏自治区所对应的投影特征值与其他区域相差太大，故在图7-10中没有标示。

图7-10　Y～N散点图

根据图7-10散点分布趋势可对样本进行直观的分类，按图中虚线将样本分为3类，1～7为一类（0＜zi≤0.2），8～13为一类（0.2＜zi≤0.25），14～30为一类（zi＞0.25）。

根据投影特征值，可将水资源承载能力分为匹配、不匹配和极不匹配三类。其中江苏、新疆、安徽、上海、湖北、贵州、四川、云南、湖南、广西、江西、海南、广东、浙江、青海、福建、西藏等17个区域为匹配，即水资源开发利用与区域社会经济的发展、生态保护相协调。而河南、黑龙江、辽宁、北京、吉林、陕西等6个区域的水资源承载能力与社会经济发展不匹配，宁夏、山西、天津、河北、甘肃、内蒙、山东等7个区域则属于极不匹配，说明这些区域社会经济发展与水资源承载能力不协调，必须采取诸如提高水资源利用效率、跨流域调水、调整产业结构等措施予以解决，确保水资源的可持续利用。

另外，根据最优投影方向向量还可计算得各评价因素对投影特征值的贡献率分别为人均占有水资源量14.28%、单位GDP占有水资源量12.04%、45种潜在资源价值占有水资源量15.71%、单位耕地占有水资源量28.63%、单位面积水资源量29.34%。