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(duì)于一個(gè)國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(guó)家對(duì)于水利工程也是相當(dāng)?shù)闹匾暋?016年全國(guó)政府性基金收入中南水北調(diào)工程基金共6.49億元、國(guó)家重大水利工程建設(shè)基金363.48億元，全國(guó)政府性基金支出中南水北調(diào)工程基金共9.45億元、國(guó)家重大水利工程建設(shè)基金346.72億元、中央水庫(kù)移民扶持基金281.06億元。國(guó)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(guó)水利設(shè)施用地面積共3.5902萬(wàn)km2，擁有中型水庫(kù)3890個(gè)，容量1096億m3；小型水庫(kù)93850個(gè)，容量705億m3。水電發(fā)電量達(dá)11933.7402億kW·h。我國(guó)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(guó)現(xiàn)代大型蓄水工程包括長(zhǎng)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?kù)等。

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(guò)計(jì)算每一個(gè)類別的數(shù)據(jù)點(diǎn)與所有數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離來(lái)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(duì)樣本的輸入順序不敏感。本文數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒，將選取以下7個(gè)指標(biāo)來(lái)分析全國(guó)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(huì)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(yíng)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(yíng)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(jiàn)表1。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后對(duì)數(shù)據(jù)中的缺失值進(jìn)行處理，用平均值來(lái)代替缺失值，使用歐式距離矩陣，來(lái)計(jì)算對(duì)比不同類別數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離，并對(duì)距離值最小的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行組合，生成聚類樹(shù)。

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(gè)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(guó)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(shì)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(guó)排第二名。第五類地區(qū)包含了中國(guó)十大干旱省份中的七個(gè)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(guò)聚類分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)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(kāi)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(shí)和水資源環(huán)境保護(hù)意識(shí)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(dòng)水利行業(yè)發(fā)展。對(duì)于第四類地區(qū)，水電能源是清潔能源，能再生、無(wú)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(huì)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(shí)發(fā)展開(kāi)發(fā)水電能源。

3 水利行業(yè)項(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(gè)綜合變量之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)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(lái)源于統(tǒng)計(jì)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(xiàng)目個(gè)數(shù)代表水利行業(yè)項(xiàng)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(jì)分析軟件，首先通過(guò)計(jì)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(jiàn)表2。然后進(jìn)行典型相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)將提取兩對(duì)典型相關(guān)變量，最后根據(jù)系數(shù)矩陣得出表達(dá)式，見(jiàn)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(gè)典型相關(guān)是顯著的。第一對(duì)和第二對(duì)典型變量的相關(guān)系數(shù)為0.99728和0.717826說(shuō)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(xiàng)目數(shù))有較大的載荷，說(shuō)明水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)項(xiàng)目數(shù)能充分解釋水利行業(yè)項(xiàng)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(shuō)明第一、三產(chǎn)業(yè)增加值對(duì)產(chǎn)業(yè)增加值貢獻(xiàn)很大。在第二對(duì)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(xiàng)目數(shù))和X3(水利管理業(yè)項(xiàng)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(duì)典型變量的相關(guān)關(guān)系遠(yuǎn)不如第一對(duì)相關(guān)顯著。

綜合兩對(duì)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(xiàng)目數(shù)可以充分代表水利行業(yè)項(xiàng)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(duì)產(chǎn)業(yè)增加值有促進(jìn)作用。

圖1 得分等值平面圖

通過(guò)兩對(duì)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(duì)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(méi)有離開(kāi)群體的差異點(diǎn)。第二對(duì)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(duì)典型相關(guān)變量來(lái)看，我國(guó)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(dòng)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(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步，水利發(fā)展越來(lái)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(shì)，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(duì)水利行業(yè)高層次專業(yè)技術(shù)人才的需求。接下來(lái)根據(jù)不同地區(qū)情況，具體問(wèn)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(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。