基于聚類分析淺析水利行業(yè)發(fā)展

張 婉

(北方工業(yè)大學(xué)，北京 100144)

1 水利發(fā)展與水資源現(xiàn)狀

水利建設(shè)對于一個國家的國民經(jīng)濟(jì)和社會穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要，高效合理利用水資源可以達(dá)到防洪、灌溉、排澇、防災(zāi)、減災(zāi)，因此國家對于水利工程也是相當(dāng)?shù)闹匾暋?016年全國政府性基金收入中南水北調(diào)工程基金共6.49億元、國家重大水利工程建設(shè)基金363.48億元，全國政府性基金支出中南水北調(diào)工程基金共9.45億元、國家重大水利工程建設(shè)基金346.72億元、中央水庫移民扶持基金281.06億元。國家在水利方面的地方一般公共預(yù)算支出高達(dá)4280.45億元，在南水北調(diào)工程上的一般公共預(yù)算支出為35.55億元。我國水利設(shè)施用地面積共3.5902萬km2，擁有中型水庫3890個，容量1096億m3；小型水庫93850個，容量705億m3。水電發(fā)電量達(dá)11933.7402億kW·h。我國現(xiàn)代大型跨流域調(diào)水工程有南水北調(diào)、河北省引灤入津、引灤入唐、山東省引黃濟(jì)青、山西省引黃入晉、錢塘江引江濟(jì)太、東北的北水南調(diào)工程、廣東的東深供水工程、甘肅的引大入秦工程等。我國現(xiàn)代大型蓄水工程包括長江三峽水利樞紐工程、四川都江堰水利樞紐、廣東陸豐陂洋鎮(zhèn)、廣西龍?zhí)端畮斓取?/p>

2 各地區(qū)水利行業(yè)發(fā)展情況

應(yīng)用層次聚類分析方法，將水利行業(yè)發(fā)展情況相似的地區(qū)聚為一類，共分出5類地區(qū)。

層次聚類是通過計算每一個類別的數(shù)據(jù)點(diǎn)與所有數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離來確定它們之間的相似性。數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離越小，相似度就越高。層次聚類法的優(yōu)點(diǎn)是對樣本的輸入順序不敏感。本文數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒，將選取以下7個指標(biāo)來分析全國各省水利行業(yè)發(fā)展情況：水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)全社會固定資產(chǎn)投資；水利設(shè)施用地面積；水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)法人單位數(shù)；水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)城鎮(zhèn)非私營單位就業(yè)人員數(shù)；水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)城鎮(zhèn)非私營單位就業(yè)人員平均工資；水力發(fā)電量；供水綜合生產(chǎn)能力，見表1。首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后對數(shù)據(jù)中的缺失值進(jìn)行處理，用平均值來代替缺失值，使用歐式距離矩陣，來計算對比不同類別數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離，并對距離值最小的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行組合，生成聚類樹。

表1 聚類分析結(jié)果

第一類地區(qū)中寧夏、西藏、青海是較為干旱的地區(qū)，因此水利行業(yè)發(fā)展較為緩慢。而海南省則從水資源管護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)樗鷳B(tài)治理。第二類地區(qū)屬于一線城市，各個行業(yè)發(fā)展較為均衡，發(fā)展水平較好。第三類地區(qū)位于華東和中南地區(qū)，水資源較為豐富。華東地區(qū)是我國水電裝機(jī)較為集中并且抽水蓄能電站主要的集中的地區(qū)，水利行業(yè)發(fā)展形勢較好。第四類地區(qū)中云南、四川皆是水電大省，云南省發(fā)電量在全國排第二名。第五類地區(qū)包含了中國十大干旱省份中的七個省份，主要水利發(fā)展方向是高效節(jié)水方面的水利工程。

通過聚類分析，發(fā)現(xiàn)對于不同地理位置的各省市，水利行業(yè)發(fā)展情況不同。第一類和第五類中大部分地區(qū)屬于干旱、水資源短缺的地區(qū)，要充分高效利用已開發(fā)的水源、發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)、提高水利管理的科技含量、提高人們的節(jié)水意識和水資源環(huán)境保護(hù)意識等。第三類地區(qū)，水資源豐富，主要需要做好防洪、除澇以及防止水土流失等預(yù)防措施，并且要提高水利設(shè)施安全性能，用科技帶動水利行業(yè)發(fā)展。對于第四類地區(qū)，水電能源是清潔能源，能再生、無污染、并且運(yùn)行費(fèi)用低，還可以提高資源利用率與經(jīng)濟(jì)社會的綜合效益，第四類地區(qū)有條件在保護(hù)水資源和生態(tài)環(huán)境的同時發(fā)展開發(fā)水電能源。

3 水利行業(yè)項目發(fā)展與產(chǎn)業(yè)增加值關(guān)系

本文應(yīng)用典型相關(guān)分析，找出水利行業(yè)項目發(fā)展情況與產(chǎn)業(yè)增加值之間的關(guān)系。典型相關(guān)分析的基本原理是為了從總體上考察兩組指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系，從而分別在兩組變量中提取有代表性的兩個綜合變量U和V，U為水利行業(yè)發(fā)展的線性組合，V是三大產(chǎn)業(yè)增加值的線性組合。利用這兩個綜合變量之間的相關(guān)關(guān)系來反映水利行業(yè)發(fā)展情況與產(chǎn)業(yè)增加值之間的總體相關(guān)性。數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計年鑒，選取2004—2016年水上運(yùn)輸業(yè)；水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)；水利管理業(yè)的全部建成投產(chǎn)項目個數(shù)代表水利行業(yè)項目發(fā)展情況作為第一組變量，第一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值代表產(chǎn)業(yè)增加值作為第二組變量。以此作為研究數(shù)據(jù)，使用R統(tǒng)計分析軟件，首先通過計算兩組變量的相關(guān)系數(shù)矩陣求出特征值和典型相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表2。然后進(jìn)行典型相關(guān)系數(shù)檢驗，根據(jù)檢驗將提取兩對典型相關(guān)變量，最后根據(jù)系數(shù)矩陣得出表達(dá)式，見表3—4。

表2 典型相關(guān)系數(shù)

表2認(rèn)為在α=0.05水平上前兩個典型相關(guān)是顯著的。第一對和第二對典型變量的相關(guān)系數(shù)為0.99728和0.717826說明U1和V1以及U2和V2之間具有高度的相關(guān)關(guān)系。

表3 x的典型載荷

表4 y的典型載荷

由典型載荷可知，典型相關(guān)變量的表達(dá)式為：

(1)

式中，U1—水利行業(yè)發(fā)展的線性組合，其中X2(水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)項目數(shù))有較大的載荷，說明水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)項目數(shù)能充分解釋水利行業(yè)項目發(fā)展情況；V1—三大產(chǎn)業(yè)增加值的線性組合，其中有較大載荷的變量是Y3(第三產(chǎn)業(yè)增加值)；Y1—第一產(chǎn)業(yè)增加值有也較大載荷，說明第一、三產(chǎn)業(yè)增加值對產(chǎn)業(yè)增加值貢獻(xiàn)很大。在第二對典型變量(U2，V2)中；U2—水利行業(yè)發(fā)展的線性組合，其中X2(水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)項目數(shù))和X3(水利管理業(yè)項目數(shù))都有較大的載荷；V2—三大產(chǎn)業(yè)增加值的線性組合，其中Y1(第一產(chǎn)業(yè)增加值)和Y2(第二產(chǎn)業(yè)增加值)有較大的載荷。第二對典型變量的相關(guān)關(guān)系遠(yuǎn)不如第一對相關(guān)顯著。

綜合兩對典型變量可知，水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)及水利管理業(yè)項目數(shù)可以充分代表水利行業(yè)項目發(fā)展情況，三大產(chǎn)業(yè)中，第一、二、三產(chǎn)業(yè)的增加值在不同程度上都影響著總增加值的變化，并且第一產(chǎn)業(yè)增加值對產(chǎn)業(yè)增加值有促進(jìn)作用。

圖1 得分等值平面圖

通過兩對典型相關(guān)變量的得分等值平面圖如圖1所示可以看出，第一對典型相關(guān)變量得分散點(diǎn)在一條近似的直線上分布，兩者之間呈高度線性相關(guān)關(guān)系，散點(diǎn)圖上沒有離開群體的差異點(diǎn)。第二對典型相關(guān)變量得分散點(diǎn)也在一條近似的直線上，雖然有些偏離情況發(fā)生，但總體還是呈現(xiàn)出了線性相關(guān)關(guān)系.綜合第一和第二對典型相關(guān)變量來看，我國水利行業(yè)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)增加值關(guān)系很穩(wěn)定，整體波動平穩(wěn)。水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)及水利管理業(yè)的發(fā)展充分影響了水利行業(yè)的發(fā)展并且影響第一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值，尤其是一、三產(chǎn)業(yè)，彰顯了水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)及水利管理業(yè)是水利行業(yè)發(fā)展的重中之重。

4 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步，水利發(fā)展越來越注重人類生活與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。我們要充分利用大自然的自我修復(fù)能力，加強(qiáng)水土保持和水功能區(qū)管理，保護(hù)、恢復(fù)和改善生態(tài)環(huán)境。再此基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，順應(yīng)各省地理環(huán)境優(yōu)勢，為水資源合理配置創(chuàng)造條件。治水思路也將逐步完善并走向成熟，這也加大了對水利行業(yè)高層次專業(yè)技術(shù)人才的需求。接下來根據(jù)不同地區(qū)情況，具體問題具體分析，順應(yīng)自然、利用科技創(chuàng)新，發(fā)展水利建設(shè)，推動我國經(jīng)濟(jì)增長。