基于主成分分析法的中国水资源承载力评价研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

课题的研究意义

虽然我国水资源占有量位居世界前列，但由于我国人口基数太大而导致我国人均水资源占有量偏低。所以根据我国水资源占有与分布的现状和我国工业化和城市化进程加快的趋势，正确地评价区域水资源的承载力，对合理充分地利用水资源以及促进区域社会经济的可持续发展具有重要的现实意义^[1]。

国内外研究概况

1．国外研究概况

水资源承载力在国际上的单项研究成果较少，一般都将其包含在可持续发展的研究中了。

在国外为数不多的有关资源承载力的研究中，T. Sawunyama、A .Senzanje和A. Mhizha^[2]利用遥感与GIS技术对非洲东南部林波波河流域小水库的调蓄能力进行了评估，他们认为小水库在水资源规划和管理中很重要，应该加入到水资源系统中去。Kenji Taniguchi^[3]对日本关东地区降水和水资源的未来变化进行了分析，在全球变暖对未来气候的影响下，日本年平均降水量有着显著变化，降水量会大大减少，这种变化对蓄水造成了极大的不利，水资源管理将变得非常困难。Naimi-Ait-Aoudia和Ewa Berezowska-Azzag^[4]对阿尔及利亚的首都阿尔及尔进行了水资源承载力评估，阿尔及利亚作为一个淡水资源有限的的国家，在水资源短缺及人口增长猖獗的情况下，评估水资源可能维持的人口水资源供应，长对减少一个国家的供水脆弱性是至关重要的。

2.国内研究概况

我国水资源承载力现有的研究，从不同的研究方法来看，大致分为常规趋势法、模糊评价法、主成分分析法、系统动力学法、多目标分析法几类，如表1所示：

表1 国内水资源承载力的研究进展

如表格所示，我国对于水资源承载力的研究起步较晚，始于对西北干旱地区水资源供需关系的研究，研究对象一般为区域水资源及被承载对象，例如人口、经济、生态的结构、规模及未来发展变化的分析。根据这个思路区域内水资源的供需平衡成为我国水资源承载力研究的基本思想。

应用前景

中国现有的对于水资源承载力的研究方法主要有常规趋势法、模糊评价法、主成分分析法、系统动力学法、多目标分析法几类。这几类方法随着时间的推移，对于不同的研究所具有的价值也不尽相同。

常规趋势法（Routine Trend），是一种常见的统计分析方法，主要通过选择单项或多项指标反映区域水资源的现状和阈值，以此反映区域水资源承载力状况。该方法忽略了各指标之间的相互关系难以处理各系统之间的耦合关系，因此不能全面反映一个区域的水资源承载力；模糊综合评价法（Fuzzy Comprehensive Evaluation），基于模糊数学理论，通过选取多个影响因子，建立综合评判矩阵对水资源承载能力进行评价。该方法通过综合评价矩阵对承载力做出多因素综合评价，克服了常规趋势法中承载因子间相互独立的局限性，能够较全面的分析水资源承载力的状况，但是在运算过程中主观综合处理多选取部分影响较大的因子，会导致遗失部分有用信息使评价结果存在一定的片面性；系统动力学法（System Dynamics），由美国麻省理工学的Jay W Forrester教授1956年创立，是一种以反馈控制理论为基础，以计算机仿真为手段，定性与定量相结合，系统分析与综合推理相集成的方法。系统动力学法运用于水资源承载力研究时，一般先对区域内不同发展方案的水资源系统进行模拟，并对决策变量进行预测，然后将这些决策变量视为水资源承载力的指标体系，综合评价不同发展方案相应的水资源承载力。该方法分析速度较快，但是由于参变量和数学方程很多、结构复杂，所以对数据的需求量很大，且用于长期发展模拟时，误差相对较大；多目标模型分析法（Multi - objectives Decision），选取能够反映区域水资源承载力的经济、社会、人口及生态环境系统的诸多影响因子，依据可持续发展原则，通过系统分析和动态分析得出整体最优化的水资源承载力。该方法将水资源系统与经济社会系统、生态环境系统作为一个整体来考虑，但是在量化计算过程中多目标非线性规划问题在求解技术上存在一定的困难，而且各目标决策中影响因子权重多是通过主观判断确定的，客观性较差^[15]。

因此使用主成分分析法对中国各省这样一个研究区进行水资源承载力的分析，能够为解决人口增长、区域经济发展、工业化和城市化进程加快，城市用水需求不断增长，将使水资源供应不足、用水短缺的社会现状提供一个合理科学的理论基础，对正确地评价区域水资源的承载力，对合理充分地利用水资源以及促进区域社会经济的可持续发展有着重要的现实意义。

参考文献：

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2. 研究的基本内容和问题

研究的目标

运用主成分分析法，对中国各省水资源承载力进行综合评判继而评价各省水资源开发的潜力，并分析中国水资源承载力变化的趋势。

研究的内容

3. 研究的方法与方案

研究方法

由于要确保对于中国水各省资源承载力的研究详细并且准确，涉及的指标过多，经过多方面的考虑，选取主成分分析法，该方法能够将反映区域水资源承载力的众多影响因子进行线性变换，使高维变量简化为易于量化的低维指标，然后进行水资源承载力的综合评价，可以相对客观地确定各指标的权重。

用主成分分析法分析水资源承载力的步骤如下：

4. 研究创新点

特色或创新之处

现有国内外专家在水资源承载力的概念与内涵、评价指标、评价模型等方面已经开展了大量卓有成效的研究工作，但由于区域水资源承载力具有有限性、动态性、多目标性等特点，使得区域水资源承载力的量化过程比较复杂，往往需要考虑水文循环、水量平衡、经济发展、社会变化、环境容量和其他一些不确定因素，因此研究涉及较多的指标因子。

利用选取主成分分析法对中国各省水资源承载力进行全面分析，能够确保研究的准确性和全面性。

5. 研究计划与进展

研究计划及预期进展

2017年3月1日至20日

阅读相关文献资料，确定选取评价因素并收集统计评价因素的原始数据。