基于灰色預(yù)測(cè)的水資源開發(fā)利用問題

甘爽 黎小雨 滕星池

摘 要：本文研究了水資源的開發(fā)利用問題，運(yùn)用主成分分析算法，建立灰色預(yù)測(cè)模型和規(guī)劃模型，解決水資源的有效利用以及達(dá)成目標(biāo)方案，并給出模型的誤差分析。降雨量與水資源總量整體反映了國家的水資源的豐富性；供水量是對(duì)水資源的有效開采而向人類提供的可以利用的水資源，可以反映對(duì)水資源的開采效率；而耗用量是人類對(duì)提供的水資源的有效利用量，建立灰色預(yù)測(cè)模型，得到水資源開采、供應(yīng)以及有效耗用與時(shí)間的關(guān)系，從開采與供應(yīng)方面分析現(xiàn)狀：人均用水量增加、工農(nóng)業(yè)的用水量大大減少并且南北水資源的供應(yīng)分配不均勻等；找出主要的問題：居民用水意識(shí)較低、水資源的浪費(fèi)較大等；利用得到的函數(shù)映射，預(yù)測(cè)出2020年、2030年的數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)有效利用系數(shù)較好的滿足條件，并且萬元工業(yè)增加值用水總量偏差較小。

關(guān)鍵詞：主成分分析 ；灰色預(yù)測(cè)模型

引 言

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。新中國成立以來特別是改革開放以來，我國的水資源開發(fā)、利用、配置、節(jié)約、保護(hù)和管理工作取得顯著成績，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、人民安居樂業(yè)作出了突出貢獻(xiàn)。但是人多水少、水資源時(shí)空分布不均是我國的基本國情和水情，水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)惡化等問題十分突出，已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化深入發(fā)展，水資源需求將在較長一段時(shí)期內(nèi)持續(xù)增長，水資源供需矛盾將更加尖銳，我國水資源面臨的形勢(shì)將更為嚴(yán)峻。

2011年中央1號(hào)文件和中央水利工作會(huì)議明確要求實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度。2012年1月，國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》，每年發(fā)布《中國水資源公報(bào)》，確立了水資源開發(fā)利用控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污“三條紅線”：一是確立水資源開發(fā)利用控制紅線，到2030年全國用水總量控制在7000億立方米以內(nèi)。二是確立用水效率控制紅線，到2030年用水效率達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，萬元工業(yè)增加值用水量降低到40立方米以下，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.6以上。三是確立水功能區(qū)限制納污紅線，到2030年主要污染物入河湖總量控制在水功能區(qū)納污能力范圍之內(nèi)，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高到95%以上。現(xiàn)根據(jù)我國2012-2016年水資源公報(bào)，分析我國水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在的主要問題。比較和國家提出的2020年2030年目標(biāo)的偏差，進(jìn)行對(duì)比分析。

1.1問題分析

查詢2012-2016年的水資源公報(bào)，降雨量與水資源總量整體反映了國家的水資源的豐富性；供水量是對(duì)水資源的有效開采而向人類提供的可以利用的水資源，可以反映對(duì)水資源的開采效率；而耗用量是人類對(duì)提供的水資源的有效利用量，可以很好的反映人類的生活水平以及有效利用率；對(duì)數(shù)據(jù)描繪統(tǒng)計(jì)可以整體反映人類的水資源的需求以及有效利用，從而描述水資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀和存在的主要問題。然后利用公報(bào)所得的數(shù)據(jù)，進(jìn)行建立灰色模型粗略的預(yù)測(cè)出2020年與2030年的相關(guān)數(shù)據(jù)，再結(jié)合兩年目標(biāo)具體分析偏差以及可能的緣故。

1.2問題的解決

從數(shù)據(jù)出發(fā)，將公報(bào)所得的數(shù)據(jù)整合，利用 編程繪制每一種指標(biāo)-時(shí)間圖，根據(jù)每個(gè)指標(biāo)的具體含義分析現(xiàn)狀：

從圖1中可以看出水資源的供給：農(nóng)業(yè)時(shí)間圖中，農(nóng)業(yè)利用了大部分的水資源，雖然每一年的農(nóng)業(yè)的水資源利用總量在減少，可能是由于國家正在向城鎮(zhèn)化城市靠近，現(xiàn)代技術(shù)水平也隨之提高，所以農(nóng)業(yè)的供水量就會(huì)受到一定的限制；工業(yè)的用水量也是逐漸降低的，可能是從現(xiàn)代設(shè)備先進(jìn)與技術(shù)的提高說明了工廠對(duì)水資源的重復(fù)利用，從圖3（廢水排出總量）也可以對(duì)其有一定的說明；生活圖中斜率在增大，可以說明居民對(duì)水資源的需求量在增大，結(jié)合廢水排出量可以粗略反映生活水平的提高。也可以看出水資源的大部分是供應(yīng)給農(nóng)業(yè)，與人工系統(tǒng)結(jié)合，可以看出人類對(duì)生態(tài)平衡意識(shí)還是比較高，這也不違背中國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國的現(xiàn)實(shí)。

從圖2可以看出水之源的大致的分布方向：地表水在開采方面占據(jù)大部分位置，因?yàn)樵谖覀兡芾玫闹饕请x地表層比較近的水層，也是防止對(duì)水資源的過度開采，地下水層離地表比較遠(yuǎn)，過度開采地下水可能會(huì)造成地質(zhì)坍塌，以致地下水的開采相對(duì)于地表水而言開采的占據(jù)少數(shù)；用于水資源的開采較少，所以對(duì)居民的供給就相對(duì)較少了，這符合中國是淡水缺乏的國家的事實(shí)。由于中國處于亞熱帶季風(fēng)型氣候地區(qū)，降水量比較多，就會(huì)導(dǎo)致在其他方面水資源的存在就會(huì)增加。

2.1模型的優(yōu)點(diǎn)

灰色模型可以在很少數(shù)據(jù)情況下可以預(yù)測(cè)未來近期的發(fā)展趨勢(shì)，并且可以將預(yù)測(cè)趨勢(shì)的誤差降低到非常小。

2.2模型的缺點(diǎn)

灰色預(yù)測(cè)與回歸模型都可以預(yù)測(cè)，但預(yù)測(cè)的時(shí)間都是近期的，不能作長遠(yuǎn)的預(yù)測(cè)。

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作者簡介：

XXX（簡介作者為第一作者，研究生原則上應(yīng)增加導(dǎo)師簡介，其他如第二作者職稱學(xué)歷較高、有一定學(xué)術(shù)權(quán)威請(qǐng)予以一并介紹）（1972—），男，四川XX人，教授，博士，主要從事XXXX方向的研究