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1、1引言水资源承载力是区域自然资源承载力的重要组成部分,是水资源短缺地区能否支撑人口、经济与环境协调发展的-•个“瓶颈”指标。研究缺水地区的水资源承载力并且作出合理的预测,对于解决缺水地区的水资源供需矛盾,提高水资源的节约与保护意识,合理开发利用水资源,以冇限的水资源支持社会经济的可持续发展具冇十分现实和深远的意义。水资源综合评判的方法很多,常见的有向量模法、模糊综合评判法和主成分分析法等。其中主成分分析法的主要原理是利用降维的思想,通过研究指标体系的内在结构关系,把多指标转化成少数几个相互独立而且包含原有指标大部分信息(80%〜85%)的综
2、合指标的多元统计方法。其优点是它确定的权数是基于数据分析而得到的指标之间的内在结构关系,不受主观因素的影响,而得到的综合指标(主成分)Z间彼此独立,减少信息的交叉,是的分析评价结果具有客观性和准确性。与其它综合评判方法相比较而言,主成分分析法口J以客观的确定指标的权重,避免主观随意性,同时保留原始数据的人部分信息,更具科学性。因此,木文应用主成分分析法使用SPSS软件对甘肃省的水资源承载力进行综合评判。本文所选取的数据来自《廿肃发展年鉴》和《廿肃省水资源公报》中2003〜2007年的统计数据,在甘肃统计状况主耍指标中选取了12个指标.2预备
3、知识2.1水资源承载力定义及研究区概况2.1.1水资源承载力水资源承载力可定义为:一定的水资源开发利用阶段,满足生态需水的可利用水量能够维系某一地区人口、资源与环境冇限发展目标的最大的社会经济规模。水资源承载力分析的目的,是为了揭示水资源、流域经济和人口Z间的关系,充分合理的利用水资源,使经济建设与水资源保护同步进行,促进社会经济持续发展。2.1.2研究区LT肃省位于祖国地理中心,地处黄河上游,地域辽阔。介于北纬32。〜42。57,、东经92°13’~108°46’Z间。东接陕西,东北与宁夏毗邻,南邻四川,西连青海、新疆,北靠内蒙,并与蒙古
4、人民共和国接壤。随着甘肃经济的快速发展、人口的增长及城市化进程的加快,用水量不断增加,废污水的排放量也在不断增大,水资源、水环境的压力也必然增大。因此研究甘肃的水资源承载力,对优化水环境、水资源的配置,写协调区域生态建设、人民生活、工农业生产与水资源、水环境的关系,实现区域可持续发展,具有重要的现实意义。2.2主成分分析2.2.1主成分分析的基本原理在综合实践评价中,经常会遇到多变量(指标)的问题,而这些变量(指标)之间往往有一定的相关性,因此有可能用较少的综合指标来代替较多指标,这种处理问题的方法称为主成分分析,也称为主分量分析或主轴分析
5、.假定有〃个样本,毎个样本中共有“个指标变量,则构成一个nxp阶数据矩阵.兀12…叮X=X2•■•X22•■■…兀2“••••••£2…/IXp(2.1.1.1)如果记原来的变量指标为X,X2,・・・,Xp,经降维处理,D个指标变量可以综合成加个新的指标变量Z、,Z2,…,Z,n,(m
6、]X[+°泌2+・・・+Q]pXp+CqX2+…+^2pXp(2.1.1.2)Zm=apX+ap2X2+,,,+appXp在(2.1.1.2)式中,系数dg有卜列原则决定1)Zj与Zj(i工j,i,j=相互无关;2)乙是X£2,…,
7、X”一切线性组合方差最大者;Z?是与乙不相关的X〃2,…,x“所有线性组合方差最大者;…;Z,”是与乙乙,…,Z心不相关的X,X?,…,Xp所冇线性组合方差最大者.这样决定新变量指标Z
8、,Z2,・・・,Z,”分别称为原来指标变量X,X2,…,Xp的第一,第二,…,第加主成分,其中乙在总体方差中所占的比例最大,z2,z3,...,zm在总方差中所占比例依次递减.2.2.2、主成分分析的步骤Step1:为了消除不同变量的量纲的影响,首先需要对变量进行标准化.设样木X=(X],X2,・・・,XJ=l,2,・・j2j=l,2,・・・,p,先求出
9、样本X的均値X和标准差耳,然后X—X从实际值中减去该指标的均值,再除以指标的标准差就得到标准化评价值比二丄二0;其中EStep2:在标准化数据矩阵X=(y,)NXp基础上计算〃个原始指标的相关系数矩阵R=其屮(2.1.2.1)Stop3:计算特征值与特征向量.首先解特征方程IAI-X1=0,求出特征值人(21,2,…丿),并使其按大小顺序排列A,然后求出对应的特征值.&的特征向量为勺二(S,◎,…,%),则第2•个主成分表示为各个指标兀的线性组和zi=iekixk•k=lStep4:确定主成分的数口.首先计算主成分的累积贡献率,选取加个主成
10、分,使得选取加个主成分信息量和大于总体信息量和的80%,有恥今…也仝0%,(心1,2,・・・丿)/=1PStep5:让算综合得分.首先计算得到第j个样本中第R个主成分为F厂乞勺右