新疆水资源脆弱性评价研究

图布新

(新疆维吾尔自治区水文局水文实验站，新疆 乌鲁木齐 830000)

水资源脆弱性的概念最早是在20世纪60年代末提出的。研究者主要研究地表水和水资源系统的脆弱性[1]。综合国内外的研究成果，将水资源脆弱性的概念概括为:在一定的历史阶段，水资源系统在服务于社会经济和生态环境的过程中，受到外界因素如气候变化和人类活动的干扰和胁迫，其正常结构和功能的状态和性质受到影响和破坏，而破坏后的性质很难恢复到原来的状态[2]。水资源系统本身的影响因素包括水资源系统本身的内在结构、功能和复杂性。不同地区水资源系统的脆弱性受其结构和功能差异的影响[3]。物种越丰富，结构越复杂，土壤侵蚀率越低，系统的脆弱性越弱。相反，系统越脆弱。这不仅与盆地的生态环境、盆地的年降水量、土壤的渗透能力、通过盆地的水量和地下水的再生能力有关，还与自然地理位置、水文气象条件和区域本身的下垫面条件有关[4]。新疆是典型的缺水地区，地处干旱地带，水资源一直短缺。新疆水资源脆弱性分析对新疆水资源和生态环境分析具有重要影响，对新疆社会经济的可持续发展具有重要意义。

1 区域概况

新疆位于中国西北部，新疆中部，欧亚大陆的心脏，东临吐鲁番市。在西面，是昌吉市的边界[5]。属温带大陆性干燥气候，7、8月最热，平均气温25.7℃;最冷的是1月份，平均气温为-15.2℃。地势起伏多山。南部和东北高地，中部和北部低地。山区占总面积的50%以上。

水资源是新疆内陆干旱地区最宝贵的资源。新疆的水资源有多种形式，如冰川融水、地表径流和地下径流。降水是水资源的供给源，降水的变化直接影响水资源的变化。新疆地表水水质良好。河流是内陆河。河流又短又分散。它们来自山区，主要靠冰雪融水为生。水库水位随季节变化很大，分布在绿洲或平原水库。新疆有46条河流，分别属于乌鲁木齐河、头屯河、白洋河、阿拉沟湖和柴窝堡湖[6]。新疆地下水和冰川资源丰富，主要分布在乌鲁木齐河上游、头屯河天山和东部博格达山，储量73.9亿 m3，平均融化量1.23亿 m3[7]。

2 研究方法

2.1 构建水资源脆弱性评价指标体系

基于评价指标体系构建的基本原则，根据可收集的研究资料，从自然、社会、气象、水资源等方面出发构建水资源脆弱性评价指标体系。具体如图1所示。

图1 新疆水资源脆弱性评价指标体系

2.2 主成分分析

本文采用主成分分析法对新疆水资源脆弱性影响因素进行综合评价分析。主成分分析是通过压缩变量个数，用较少的变量去解释原始数据中的大部分变量，剔除冗余信息的方法[8]。具体计算步骤如下[8]：

(1)

计算相关系数矩阵：

(2)

(3)

计算主成分贡献率和累计贡献率，将累计贡献率大等于85%的确定为主成分[9]：

(4)

(5)

计算综合得分对区域水资源承载力进行综合评价。

2.3 水资源脆弱性评价

在确定水资源脆弱性评价指标体系的基础上，采用主成分分析的方法对对各项指标成分系数进行计算，然后根据公式(6)计算出各个指标因子的权重，最后计算脆弱性综合得分，依据评价等级表(见表1)准确地进行脆弱性水平评价。

表1 水资源脆弱性评价等级表

pi=(Fm×a)/β

(6)

3 评价结果分析

3.1 评价结果

根据收集资料情况，以新疆地区2008年、2010年、2014年、2018年《新疆统计年鉴》以及《水资源公报》为基础数据，借助SPSS 22.0软件对10个指标因子进行主成分数据分析处理，得到分析结果如表2～表5所示。

表2 评价指标的特征值、贡献率、累积贡献率

表3 评价指标的成分得分系数

表4 评价指标因子权重表

表5 评价指标因子综合得分

经主成分分析法进行分析得到由表2所示的评价指标的特征值、贡献率、累积贡献率。可以看到2008年和2010年有三个主成分因子，而2014年和2018年有四个主成分因子。此外，2008年三个成分的累计贡献率为86.16%，2010年三个成分的累计贡献率为86.61%，2014年四个成分的累计贡献率为91.98%，2018年四个成分的累计贡献率为94.51%，随着时间的增加累计贡献率也随着线性增长。表明，经济社会的快速发展对水资源脆弱性的影响所占的指标因子变多，影响的范围变得宽泛，涉及的方面增多。

为方便整理表格，故将植被覆盖率、地下水更新能力、人均GDP、人均水资源量、人口密度、年降水量、单位面积产水量、水资源开发利用率、水资源供需比、水土流失率十个指标因子用C1-C10代替。

3.2 结果分析

根据分析的结果数据，得到如图2所示的新疆水资源脆弱性年际变化趋势图。

图2 新疆水资源脆弱性年际变化趋势图

由图2我们可以看到，随着时间的增加，新疆水资源脆弱性评价的综合得分较高，说明水资源脆弱性越来越严重，从轻度脆弱性变为重度脆弱性。新疆是典型的资源型缺水地区。近年来，随着新疆城市化进程的加快，经济快速发展，人口持续增长。生产和生活用水增加，废水排放量也逐年增加，导致其水资源系统逐渐遭到破坏，水资源的脆弱性日益增强。

4 结语

水资源脆弱性的评价研究是一个综合性的地区研究，涉及范围包括自然环境、经济社会发展、气象变化以及水资源的发展现状等。研究其意义不仅对于地区水资源情况的了解利用具有重要意义，同时对于当地经济社会发展、人文气象的研究都具有不可忽视的影响。本文结合新疆地区当地的情况，从自然环境、经济社会、气象条件以及水资源情况四个方面出发，构建了包含一个目标层、四个准则层和十个指标因子的水资源脆弱性评价指标体系，依据收集到的数据资料，通过主成分分析的方法对不同年份的水资源数据进行分析研究，得到2008年和2010年有三个主成分因子对水资源脆弱性产生影响，分别是植被覆盖率、地下水更新能力、人均GDP，而2014年和2018年有四个主成分因子对水资源脆弱性产生影响，分别是植被覆盖率、地下水更新能力、人均GDP、人均水资源量，涉及自然、水资源和社会发展三个方面。此外借助origin软件对新疆水资源脆弱性年际变化趋势进行分析，得到随着时间的增加，新疆水资源脆弱性水平越高，表明新疆水资源越脆弱，越需要进行实施节水研究。本研究对于新疆地区水资源研究具有重要意义，同时为其他相关研究提供一定的参考价值。