基于主成分分析方法的蒲河流域水资源承载力评价.pdf

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1、第5期总第227期农业科技与装备No．5TotalNo．227呈Q!兰±里旦垒鲤!竖!!旦!坐兰曼!!里!兰壁!!!皇翌旦!旦￡基!里垒里旦旦!P里曼翌!丝!Y：兰Q!兰基于主成分分析方法的蒲河流域水资源承载力评价谷长叶(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳110006)摘要：根据相关的统计数据．建立蒲河流域水资源承载力评价体系，采用主成分分析方法对蒲河流域现状年的水资源承载力情况进行评价。结果表明：该流域水资源承载力能力一般，水资源已开发到一定程度，水污染问题对水资源现状亦有影响，但仍具有可持续发展的潜力。该结果与实际情况相符，可见本方法可行、有效。

2、关键词：水资源承载力；主成分分析法；评价；蒲河流域中图分类号：X824文献标识码：A文章编号：1674—1161(2013)05一0044—03水资源有其自身的极限值。即水资源的承载能力。人类开发水资源应在其可承载的范围之内进行，以实现水资源的可持续利用。随着蒲河流域社会经济的快速发展和城市化程度与人民生活水平的不断提高，水资源供需矛盾越来越突出，水资源短缺和水污染成为蒲河流域发展的“瓶颈”。因此，研究蒲河流域水资源承载能力具有现实意义。1蒲河流域水资源承载力评价指标体系通过对蒲河流域进行实地调研。将流域水资源承载力分为水资源、社会、经济及生态4个子

3、系统进行评价。确定评价指标体系是由目标层、准则层和指标层组成的3层结构体系。目标层为水资源承载力；准则层包括水资源系统、社会系统、经济系统、生态系统4个方面：指标层包括单位面积水资源量、人均水资源可利用量、生活用水定额、人口密度、耕地灌溉率、万元GDP用水量、生态需水满足率7项指标。2主成分分析方法主成分分析是指把原来多个指标化为少数几个综合指标的一种统计分析方法，从数学角度来看，这是一种降维处理技术。主成分分析的优点是能够客观确定各个指标的权重．避免了主观随意性，同时解决了不同评价指标之间综合性的问题。进行主成分分析，首先要确定主成分分析的数学模型

4、。设P维原始样本资料记为数据矩阵x：X=戈11戈12X21X丝Xnl茗以‘。。Xlp⋯戈扫●●●⋯Z∞1)为排除数量级和量纲带来的误差影响．对原始数据进行标准化处理，标准化公式为：戈4产(石旷喘。)府。。式中：勖为原始值；戈0为标准化值；五和仉分别为第i收稿日期：2013—02—26作者简介：谷长叶(1965一)，男，教授，从事水利规划方面的研究工作。个指标的样本均值和标准差。2)计算相关系数矩阵。R=(ro．)p印，式中：～=11．1一上乙(xkTxO／o'p'j。，6^=13)计算特征值和特征向量。根据IR—AI=O计算特征值，求出A。，A：，⋯

5、A。，并使其从大到小排列，同时求得对应的特征向量肛。，心，··似。三4)计算贡献率和累积贡献率。贡献率em=M艺A。f=lmP累积贡献率Em∑A／∑Ai。取累积贡献率达到85％J=1i=1以上的作为主成分。“P5)计算主成分载荷。Fm-∑∑u#x+9,主成分载荷j=1i=1即主成分与变量之间的相关系数。3蒲河流域水资源承载力评价3．1根据研究问题选取指标与数据以《辽宁省水资源公报))(2010)、《蒲河流域“十二五”规划》项目成果等为基础资料，查出2008年蒲河流域各评价指标的原始数据(见表1)。本次研究的水资源分区依据《蒲河流域水资源评价》报告的分

6、区成果，从上游到下游依次分为：棋盘山水库以上区间(I区)；棋盘山水库一道义区间(U区)；道义一老什牛区间(Ill区)；老什牛一马家套区间(Ⅳ区)；马家套一河口区间(V区)。3．2进行指标数据标准化应用SPSS软件的描述工具箱对现状年的原始数据进行标准化处理，结果见表2。3．3确定主成分个数在因子分析的描述统计过程中．可以得到主成分的特征值、贡献率及累计贡献率。根据主成分提取分析表(见表3)来确定主成分的个数。由表3可知．蒲河流域现状年的前两个主成分的2013年第5期谷长叶：基于主成分分析方法的蒲河流域水资源承载力评价45累计贡献率大于85％．且这两个

7、主成分的特征值均大于l。根据主成分提取的原则，确定提取两个主成分，即m=2。前两个主成分的各指标初始因子载荷矩阵见表4。3．4确定主成分F表达式通过计算。确定各个指标与前两个主成分的关表12008年蒲河流域各项指标的原始数据Table1O—ginaldataOBthemdex髂ofPuRiverBasinill2008表22008年蒲河流域各项指标的标准值Table2Standardvalueofindex幅ofthePoRiverBasiIIin2008表32008年蒲河流域各指标方差分析主成分提取分析表坠垒!!兰垒望型j=查2翌壁受竺!旦苎!竺竺

8、竺墼竺坐!型!璺!堂翌竺!些塾坐兰!苎!垫些!苎翌璺!羔墅垡塾墅!竺!璺竺垫!望兰业!主成分初始特征值主成分