洪水資源利用影響因素及耦合分析

王玉振　余玉敏　劉秀華　丁興石

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洪水資源利用影響因素及耦合分析

王玉振1余玉敏1劉秀華2丁興石3

自然降水具有一定的隨機(jī)性，其徑流形成過(guò)程一般與當(dāng)?shù)赜盟^(guò)程不同步，加之現(xiàn)行普遍存在的地下水超采、水污染嚴(yán)重等水問(wèn)題，使得洪水資源利用成為一種可行和成熟的水資源管理和利用方式。洪水資源利用的“趨利避害”帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，其中生態(tài)效益尤為顯著。作為自然資源的洪水，同樣具有隨機(jī)性，因此，分析洪水資源利用的影響因素，對(duì)于其合理利用具有重要的意義。本文以吉林省白城市為例，通過(guò)其洪水資源利用實(shí)踐，借助SPSS（Statistical Product and Service Solution統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案），分析洪水資源利用的影響因素，并進(jìn)行耦合分析，以期為白城地區(qū)的洪水資源可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

一、模型方法

SPSS內(nèi)容包括描述統(tǒng)計(jì)、列連表分析，總體的均值比較、相關(guān)分析、回歸模型分析、聚類分析、主成分分析、時(shí)間序列分析、非參數(shù)檢驗(yàn)等多個(gè)大類，每類中還有多種專項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)方法。

1.相關(guān)分析

在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，常常需要討論兩個(gè)或多個(gè)變量之間的相互關(guān)系，如果希望了解某個(gè)變量對(duì)另一變量的影響程度，則需要用到相關(guān)分析。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型，需要采用不同的相關(guān)系數(shù)度量變量之間的相關(guān)關(guān)系，常用的相關(guān)系數(shù)為Pearson相關(guān)系數(shù)，其計(jì)算公式為：

其中，n為樣本容量。

Pearson相關(guān)系數(shù)的對(duì)應(yīng)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量是t統(tǒng)計(jì)量，SPSS將自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。t統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算公式為：

t統(tǒng)計(jì)量服從自由度為n-2的t分布，SPSS將根據(jù)t統(tǒng)計(jì)量和自由度，依照t分布表自動(dòng)給出t統(tǒng)計(jì)量所對(duì)應(yīng)的相伴概率。如果相伴概率小于或等于顯著性水平α，則拒絕零假設(shè)H0；否則，接受零假設(shè)H0。

2.回歸分析

回歸分析用于分析事物之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，側(cè)重考察變量之間的數(shù)量變化規(guī)律，并通過(guò)回歸方程的形式描述和反映這種關(guān)系。線性回歸是回歸分析中一種重要的方式，是研究一個(gè)因變量和一個(gè)自變量是否存在某種線性關(guān)系的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。除了線性回歸，還有曲線估計(jì)、二元Logistic回歸、多元Logistic回歸、有序回歸、Probit分析、非線性回歸、權(quán)重估計(jì)、兩階最小二乘法和最佳尺度變換等。

二、實(shí)例研究

1.白城概況

白城市地下水天然資源量為20.83億m3，占總水資源量的91.68%；地下水可開(kāi)采資源量為15.39億m3，占地下水資源量的73.88%。全市以地下水開(kāi)采為主，歷年地下水利用率平均已達(dá)80%，降水量偏少不足以補(bǔ)充地下水，使得地下水承載能力逐年下降，缺水狀況趨于嚴(yán)峻。然而，白城地區(qū)的江河客水資源相當(dāng)豐富，嫩江、洮兒河和霍林河為區(qū)域內(nèi)主要江河，江河客水資源總量為213.3億m3。通過(guò)對(duì)嫩江和洮兒河1956～2000年連續(xù)45年的年、月及汛期逐日徑流過(guò)程的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)嫩江和洮兒河每年有將近半年的時(shí)段滿足徑流補(bǔ)償條件，可以在汛期引蓄嫩江洪水，實(shí)現(xiàn)洪水資源化。因此，基于此水文優(yōu)勢(shì)，在白城地區(qū)地下水過(guò)度開(kāi)采且缺乏大型區(qū)域外調(diào)水和引水工程的條件下，洪水資源利用即內(nèi)部水的轉(zhuǎn)化，成為改善白城地區(qū)水資源狀況的重要措施。

圖1　洪水資源利用影響因素集圖

2.影響因素

白城地區(qū)已然具備了洪水資源化的水文條件，那么洪水資源利用利用量的多寡，與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、用水狀況、政府政策及投資均有關(guān)系，主要表現(xiàn)在自然降水、植被特性、用水需求以及水利管理投資4個(gè)方面，具體的驅(qū)動(dòng)因子如圖1所示。

以白城地區(qū)2008～2012年引洪實(shí)踐為例，分析洪水資源利用的主要影響因素，具體驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)集如表1所示。

3.相關(guān)分析

將數(shù)據(jù)輸入SPSS，結(jié)果如表2所示。

在顯著性檢驗(yàn)中，指定的顯著性水平為0.05。由表2所示，通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，即相伴概率小于或等于0.05的驅(qū)動(dòng)因子為年降水量、退耕還草面積、造林面積3個(gè)統(tǒng)計(jì)量，且其相關(guān)系數(shù)均大于0.8，為高度相關(guān)。

4.回歸分析

在相關(guān)分析確定年降水量、退耕還草面積、造林面積與洪水資源利用量高度相關(guān)后，再進(jìn)行回歸分析。以年降水量為例，將年降水量數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS，回歸分析的模型匯總?cè)绫?。

表3給出了所擬合的10個(gè)回歸模型的檢驗(yàn)報(bào)告，包括擬合優(yōu)度、模型檢驗(yàn)結(jié)果和各個(gè)參數(shù)值。結(jié)果顯示，10個(gè)回歸模型均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由擬合優(yōu)度來(lái)確定最佳的模型，二次曲線的擬合優(yōu)度最好，R2=1.0，即洪水資源利用量與年降水量呈二次曲線關(guān)系，曲線方程為：

退耕還草面積、造林面積與洪水資源利用量的擬合關(guān)系分別符合三次曲線和線性關(guān)系。

表1　白城地區(qū)洪水資源利用驅(qū)動(dòng)因子表

表2　洪水資源利用相關(guān)性分析表

表3　回歸分析模型匯總和參數(shù)估計(jì)表

三、結(jié)論

（1）白城地區(qū)根據(jù)其水文優(yōu)勢(shì)進(jìn)行洪水資源利用，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)發(fā)展起到了重要的作用。但是鑒于洪水的隨機(jī)性，分析洪水資源利用的影響因素對(duì)于今后的洪水資源利用將有參考和指導(dǎo)意義，因此，確定了年降水量等7個(gè)驅(qū)動(dòng)因子。

（2）經(jīng)過(guò)回歸分析，認(rèn)為年降水量、退耕還草面積、造林面積3個(gè)驅(qū)動(dòng)因子與洪水資源利用量高度相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.891、0.884和0.959，并且均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。再由相關(guān)分析，三者與洪水資源利用量的相關(guān)關(guān)系分別為二次曲線、三次曲線和線性相關(guān)。

（3）降雨量與洪水資源利用量高度相關(guān)，則在雨期蓄滯洪水，人為干預(yù)降水的時(shí)空分布，尤其對(duì)于干旱和半干旱地區(qū)的缺水期用水有重要的補(bǔ)給作用。退耕還草面積和造林面積與洪水資源利用量高度相關(guān)，一方面說(shuō)明了林地、草地等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)洪水有蓄滯作用，另一方面洪水資源對(duì)林地、草地的水量補(bǔ)給促進(jìn)了其生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮■

（作者單位：1.河南省信陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局4640002.河南省濮陽(yáng)黃河河務(wù)局4570003.河南省臺(tái)前縣黃河河務(wù)局457600）