基于多元線性回歸的水資源分析和預測

李婷婷

（河北省石家莊鐵道大學，河北 石家莊 050043）

一、簡介

我國水資源較為短缺，各種問題日漸突出。合理使用水資源，水結構的分配方案，結合當地環境等作出適當的調控，都是提高水資源利用效率中值得研究的問題。通過合適的模型預測，結合其內在變化規律，有利于緩解水資源問題。

二、研究背景

根據2012-2016年水資源公報的分析，可以發現我國用水結構存在幾個特征：①農田灌溉有效利用系數逐年上升，表明農田灌溉用水利用率每年得到提高；②人均用水量整體較高，隨時間呈下降趨勢，我國人民節約用水意識正在加強；③城鎮用水相比之下遠高于農村用水。

通過以上對我國水資源利用現狀的分析以及國外發達國家利用現狀，發現我國水資源利用中存在一些問題：①農業用水較多，結構不合理；②利用率低，導致人均綜合用水量和農業用水量居高不下。③農村和城鎮用水結構不合理，城鎮人均用水遠遠大于農村人均用水，且都有上升態勢。

三、模型建立與分析

由于從2012年開始我國開始實行控管政策，所以分析的數據為2012-2016年。根據對2012-2016年全國用水總量（Y1）、萬元GDP用水量（Y2）、萬元工業增加用水量（Y3）、農田灌溉水系數（Y4）、水功能區納污范圍（Y5）、水功能區水質達標率（Y6）等相關因素進行時間序列分析，結合其一次指數平滑模型，在擬合優度分析時，通過變化α的取值進行對比。

①全國用水總量分析及預測：對于α值的確定，通過選取不同α值判斷R2是否接近于1，越接近1表明曲線擬合程度越好，不同α值對應的擬合曲線如圖1所示。預測方程Y1=-2.0319t2+13.261t+6113.3。通過對比，選取當α=0.1時的預測方程，此時R2最大，為0.7903。

圖1 不同平滑系數下的預測趨勢

當t為2020時，Y1為6089.3464；當t為2030時，Y1為5693.6624。

②萬元GDP用水量分析及預測：預測方程為Y2=145.7x-0.279，R2=0.9594，α=0.5，當t分別為2020和2030時，Y2分別為81.56379894，65.04868521。

③萬元工業增加值用水量分析及預測：預測方程為Y3=-0.1892t2 +0.6056t+68.581，R2=0.991，α=0.1，當t為2020時，Y3為61.317；當t為2030時，Y3為18.181。

④農田灌溉水有效利用系數分析及預測：預測方程為Y4=0.0062 x+0.5034，R2=0.9989，α=0.6，當t為2020時，Y4為0.553；當t為2030時，Y4為0.615。

⑤水功能區納污率分析及預測：預測方程為Y5=7.7472ln(t)+47.949，R2=0.9531，α=0.7，當t為2020時，Y5為64.05884951；當t為2030時，Y5為70.34128808。

⑥水功能區水質達標率分析及預測：預測方程為Y6=7.7912ln(t)+56.781，R2=0.7741，α=0.8，當t為2020時，Y6為72.98234494；當t為2030時，Y6為79.30046444。

四、模型應用

結合SPSS對所有省和自治區進行劃分，最終確定三個典型城市：新疆、西藏以及其他城市。以新疆為例進行分析，建立Y4a的多元線性回歸方程求解為

所以，若想提高新疆灌溉水利用效率，則可以減少萬元工業增加值用水量；提高井灌排面積占農田總面積比例帶來的影響較為顯著。

五、結語

通過對水資源相關數據進行預測，進一步對具體城市進行分析，可以有效的選取合適的解決措施進一步改善其水資源的利用，從而實現了算法模型在日常生活中的應用。模型簡單易操作，針對不同情況都能很好的適用，未來可以進一步推廣。