基于回歸分析法對(duì)我國(guó)水資源現(xiàn)狀的分析

彭鵬

摘要：水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。自改革開放以來(lái)，我國(guó)水資源開發(fā)等工作取得顯著成績(jī)，為社會(huì)進(jìn)步作出巨大貢獻(xiàn)。但是人多水少、水資源短缺、水生態(tài)惡化等問(wèn)題十分嚴(yán)峻。為了更好地分析我國(guó)水資源現(xiàn)狀，同時(shí)對(duì)其發(fā)展作出科學(xué)預(yù)測(cè)，搜集有關(guān)文獻(xiàn)，在合理的假設(shè)條件下，利用主成分分析模型、多元線性回歸等方法分析水資源問(wèn)題。利用MATLAB的psearchtool工具箱，運(yùn)用遺傳算法尋求規(guī)劃問(wèn)題的最優(yōu)解。從主要影響因素角度進(jìn)一步分析我國(guó)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水資源 現(xiàn)狀 多元線性回歸分析

中圖分類號(hào)：TV213? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1009-5349（2020）05-0049-02

近年來(lái)，我國(guó)的水資源開發(fā)、利用、配置、節(jié)約、保護(hù)和管理工作雖然取得了顯著的成績(jī)，然而人多水少、水資源分布不均仍是我國(guó)的基本國(guó)情，水資源短缺、水生態(tài)惡化等問(wèn)題不可避免地成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。

本文旨在通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型方法進(jìn)行我國(guó)水資源現(xiàn)狀的分析，根據(jù)我國(guó)2012—2016年水資源公報(bào)，分析我國(guó)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題。與國(guó)家提出的2020年、2030年目標(biāo)，進(jìn)行對(duì)比分析。

一、線性回歸模型[1]

首先對(duì)《中國(guó)水資源公報(bào)》中2012—2016年水資源相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與預(yù)處理，接著針對(duì)影響我國(guó)水資源現(xiàn)狀的因素進(jìn)行多元線性回歸分析，從主要影響因素出發(fā)進(jìn)一步分析我國(guó)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題。

對(duì)此，我們需要假設(shè)所收集的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠;假設(shè)短期內(nèi)水資源不受水利設(shè)施影響;假設(shè)未來(lái)二十年我們國(guó)家不會(huì)發(fā)生洪災(zāi)或旱災(zāi)或興建大型的水利工程;無(wú)極端氣候，水資源短缺影響因素不會(huì)因此發(fā)生大的改變;不考慮全球變暖導(dǎo)致的冰川融化。

利用線性回歸分析法，分析我國(guó)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀與全國(guó)水資源量、南方地表水資源量、北方地表水資源量、南方地下水資源量和北方地下水資源量，以及供水總量、農(nóng)業(yè)、生活和工業(yè)用水總量之間的聯(lián)系，深度挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)部的相關(guān)性。接著分析水資源與影響因素之間的關(guān)系，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)作線性回歸分析，從而達(dá)到降維的目的。從確定影響水資源利用現(xiàn)狀的主要因素出發(fā)，分析我國(guó)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題。

根據(jù)水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì)了2012—2016年間北方6區(qū)和南方4區(qū)10條主要河流的地表水資源量[2]與地下水資源量，以此反映我國(guó)水資源基本狀況。對(duì)其中數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理，從中選取9個(gè)指標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行線性回歸分析。整理2012—2016年9項(xiàng)指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)，并作為主成分分析的對(duì)象，如表1[3]所示。

首先，對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，考慮到進(jìn)行線性回歸分析的指標(biāo)變量有45個(gè)，共有9個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象。第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)指標(biāo)的取值為? ，將各項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值 。

最后，通過(guò)編寫代碼提取主要因素，在MATLAB中的運(yùn)行結(jié)果如表2所示。

觀察可知，前4個(gè)特征根的累積貢獻(xiàn)率可達(dá)到95%以上，主成分分析的效果很好。下面選取前4個(gè)主成分（總用水量、用水消耗量、廢污水排放量、用水效率）進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)上述模型，將從上述四個(gè)方面具體分析我國(guó)水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題。

二、基于線性回歸分析法分析現(xiàn)狀

根據(jù)線性回歸分析模型分析結(jié)果，我們主要從總用水量、用水消耗量、廢污水排放量、用水效率這四個(gè)方面，分別分析我國(guó)水資源開發(fā)現(xiàn)狀、利用現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn)題[4]。

1.水資源開發(fā)現(xiàn)狀

（1）水資源總量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。（2）地表水及地下水南北差異顯著。地表水分布呈現(xiàn)南多北少、東多西少的特征，差異顯著。地下水量?jī)蓸O分化明顯，北方總量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，南方則呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。（3）供水總量逐年增加，但用水增長(zhǎng)速度有較大幅度下降。（4）工農(nóng)業(yè)用水量比例逐年降低，生活用水量比例逐年增加。農(nóng)業(yè)用水占比最大，其次是工業(yè)用水。農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水總量逐年降低，生活用水占比增大。

2.水資源利用現(xiàn)狀

（1）用水總量及用水消耗量逐年降低。（2）廢污水排放量逐年降低。（3）用水效率升高。（4）工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水總量降低，生活用水總量升高。

3.我國(guó)水資源存在的主要問(wèn)題[4]

我們水資源主要存在水資源短缺、時(shí)空分布不均、污染嚴(yán)重、循環(huán)程度低、利用效率低五方面問(wèn)題。

三、結(jié)語(yǔ)

至此通過(guò)建造線性回歸分析模型，采用多元線性回歸分析，合理地從總用水量、用水消耗量、廢污水排放量、用水效率四個(gè)方面著手分析，已總結(jié)出水資源開發(fā)狀況、水資源利用現(xiàn)狀和我國(guó)水資源存在的主要問(wèn)題。

本文所使用的模型都不僅限于解決水資源相關(guān)問(wèn)題，數(shù)據(jù)擬合、多元線性回歸模型用途很廣泛，可以推廣到更大的研究范圍。我們甚至可以利用該模型擬合未來(lái)一百年我國(guó)水資源情況，輔助制定我國(guó)未來(lái)的用水方案，進(jìn)而有效地解決我國(guó)水資源短缺的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜啟源，謝金星，葉俊.數(shù)學(xué)模型[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]張利平，夏軍，胡志芳.中國(guó)水資源狀況與水資源安全問(wèn)題分析[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2009，18（2）：116-120.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》2007—2016年度供水用水情況[R].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2019.

[4]劉寶珺，廖聲萍.水資源的現(xiàn)狀、利用與保護(hù)[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，6：1-11.

責(zé)任編輯：劉健