基于灰色預測的水資源開發(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，運用主成分分析算法，建立灰色預測模型和規(guī)劃模型，解決水資源的有效利用以及達成目標方案，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，可以反映對水資源的開采效率；而耗用量是人類對提供的水資源的有效利用量，建立灰色預測模型，得到水資源開采、供應以及有效耗用與時間的關系，從開采與供應方面分析現(xiàn)狀：人均用水量增加、工農業(yè)的用水量大大減少并且南北水資源的供應分配不均勻等；找出主要的問題：居民用水意識較低、水資源的浪費較大等；利用得到的函數(shù)映射，預測出2020年、2030年的數(shù)據(jù)對比，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。

關鍵詞：主成分分析 ；灰色預測模型

引 言

水是生命之源、生產之要、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、保護和管理工作取得顯著成績，為經濟社會發(fā)展、人民安居樂業(yè)作出了突出貢獻。但是人多水少、水資源時空分布不均是我國的基本國情和水情，水資源短缺、水污染嚴重、水生態(tài)惡化等問題十分突出，已成為制約經濟社會可持續(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期內持續(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將更為嚴峻。

2011年中央1號文件和中央水利工作會議明確要求實行最嚴格水資源管理制度。2012年1月，國務院發(fā)布了《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，每年發(fā)布《中國水資源公報》，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。二是確立用水效率控制紅線，到2030年用水效率達到或接近世界先進水平，萬元工業(yè)增加值用水量降低到40立方米以下，農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，水功能區(qū)水質達標率提高到95%以上?，F(xiàn)根據(jù)我國2012-2016年水資源公報，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年目標的偏差，進行對比分析。

1.1問題分析

查詢2012-2016年的水資源公報，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，可以反映對水資源的開采效率；而耗用量是人類對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；對數(shù)據(jù)描繪統(tǒng)計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。然后利用公報所得的數(shù)據(jù)，進行建立灰色模型粗略的預測出2020年與2030年的相關數(shù)據(jù)，再結合兩年目標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)，將公報所得的數(shù)據(jù)整合，利用 編程繪制每一種指標-時間圖，根據(jù)每個指標的具體含義分析現(xiàn)狀：

從圖1中可以看出水資源的供給：農業(yè)時間圖中，農業(yè)利用了大部分的水資源，雖然每一年的農業(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)代技術水平也隨之提高，所以農業(yè)的供水量就會受到一定的限制；工業(yè)的用水量也是逐漸降低的，可能是從現(xiàn)代設備先進與技術的提高說明了工廠對水資源的重復利用，從圖3（廢水排出總量）也可以對其有一定的說明；生活圖中斜率在增大，可以說明居民對水資源的需求量在增大，結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給農業(yè)，與人工系統(tǒng)結合，可以看出人類對生態(tài)平衡意識還是比較高，這也不違背中國是個農業(yè)大國的現(xiàn)實。

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，因為在我們能利用的主要是離地表層比較近的水層，也是防止對水資源的過度開采，地下水層離地表比較遠，過度開采地下水可能會造成地質坍塌，以致地下水的開采相對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，所以對居民的供給就相對較少了，這符合中國是淡水缺乏的國家的事實。由于中國處于亞熱帶季風型氣候地區(qū)，降水量比較多，就會導致在其他方面水資源的存在就會增加。

2.1模型的優(yōu)點

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

2.2模型的缺點

灰色預測與回歸模型都可以預測，但預測的時間都是近期的，不能作長遠的預測。

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基金項目：（頁腳，宋體小五黑）國家自然科學基金（名稱）（XXXXXXXXX）（編號，多個項目以分號，請盡量提供）

作者簡介：

XXX（簡介作者為第一作者，研究生原則上應增加導師簡介，其他如第二作者職稱學歷較高、有一定學術權威請予以一并介紹）（1972—），男，四川XX人，教授，博士，主要從事XXXX方向的研究