基于回归分析法对我国水资源现状的分析
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摘要：水是生命之源、生产之要、生态之基。自改革开放以来，我国水资源开发等工作取得显著成绩，为社会进步作出巨大贡献。但是人多水少、水资源短缺、水生态恶化等问题十分严峻。为了更好地分析我国水资源现状，同时对其发展作出科学预测，搜集有关文献，在合理的假设条件下，利用主成分分析模型、多元线性回归等方法分析水资源问题。利用MATLAB的psearchtool工具箱，运用遗传算法寻求规划问题的最优解。从主要影响因素角度进一步分析我国水资源开发利用现状及存在问题。
关键词：水资源 现状 多元线性回归分析
中图分类号：TV213 文献标识码：A 文章编号：1009-5349（2020）05-0049-02
近年来，我国的水资源开发、利用、配置、节约、保护和管理工作虽然取得了显著的成绩，然而人多水少、水资源分布不均仍是我国的基本国情，水资源短缺、水生态恶化等问题不可避免地成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈。
本文旨在通过建立数学模型方法进行我国水资源现状的分析，根据我国2012—2016年水资源公报，分析我国水资源开发利用现状及存在的主要问题。与国家提出的2020年、2030年目标，进行对比分析。
一、线性回归模型[1]
首先对《中国水资源公报》中2012—2016年水资源相关数据进行整理与预处理，接着针对影响我国水资源现状的因素进行多元线性回归分析，从主要影响因素出发进一步分析我国水资源开发利用现状及存在问题。
对此，我们需要假设所收集的数据真实可靠;假设短期内水资源不受水利设施影响;假设未来二十年我们国家不会发生洪灾或旱灾或兴建大型的水利工程;无极端气候，水资源短缺影响因素不会因此发生大的改变;不考虑全球变暖导致的冰川融化。
利用线性回归分析法，分析我国水资源开发利用现状与全国水资源量、南方地表水资源量、北方地表水资源量、南方地下水资源量和北方地下水资源量，以及供水总量、农业、生活和工业用水总量之间的联系，深度挖掘数据内部的相关性。接着分析水资源与影响因素之间的关系，对各项指标作线性回归分析，从而达到降维的目的。从确定影响水资源利用现状的主要因素出发，分析我国水资源开发利用现状及存在的主要问题。
根据水资源公报统计了2012—2016年间北方6区和南方4区10条主要河流的地表水资源量[2]与地下水资源量，以此反映我国水资源基本状况。对其中数据进行归纳整理，从中选取9个指标并对其进行线性回归分析。整理2012—2016年9项指标相关数据，并作为主成分分析的对象，如表1[3]所示。
首先，對表1中的数据进行标准化处理，考虑到进行线性回归分析的指标变量有45个，共有9个评价对象。第i个评价对象的第j个指标的取值为 ，将各项指标转化成标准化指标值 。
最后，通过编写代码提取主要因素，在MATLAB中的运行结果如表2所示。
观察可知，前4个特征根的累积贡献率可达到95%以上，主成分分析的效果很好。下面选取前4个主成分（总用水量、用水消耗量、废污水排放量、用水效率）进行综合评价。根据上述模型，将从上述四个方面具体分析我国水资源开发利用现状及存在的问题。
二、基于线性回归分析法分析现状
根据线性回归分析模型分析结果，我们主要从总用水量、用水消耗量、废污水排放量、用水效率这四个方面，分别分析我国水资源开发现状、利用现状和存在的主要问题[4]。
1.水资源开发现状
（1）水资源总量呈现降低趋势。（2）地表水及地下水南北差异显著。地表水分布呈现南多北少、东多西少的特征，差异显著。地下水量两极分化明显，北方总量呈现降低趋势，南方则呈现上升趋势。（3）供水总量逐年增加，但用水增长速度有较大幅度下降。（4）工农业用水量比例逐年降低，生活用水量比例逐年增加。农业用水占比最大，其次是工业用水。农业和工业用水总量逐年降低，生活用水占比增大。
2.水资源利用现状
（1）用水总量及用水消耗量逐年降低。（2）废污水排放量逐年降低。（3）用水效率升高。（4）工业用水和农业用水总量降低，生活用水总量升高。
3.我国水资源存在的主要问题[4]
我们水资源主要存在水资源短缺、时空分布不均、污染严重、循环程度低、利用效率低五方面问题。
三、结语
至此通过建造线性回归分析模型，采用多元线性回归分析，合理地从总用水量、用水消耗量、废污水排放量、用水效率四个方面着手分析，已总结出水资源开发状况、水资源利用现状和我国水资源存在的主要问题。
本文所使用的模型都不仅限于解决水资源相关问题，数据拟合、多元线性回归模型用途很广泛，可以推广到更大的研究范围。我们甚至可以利用该模型拟合未来一百年我国水资源情况，辅助制定我国未来的用水方案，进而有效地解决我国水资源短缺的问题。
参考文献：
[1]姜启源，谢金星，叶俊.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2001.
[2]张利平，夏军，胡志芳.中国水资源状况与水资源安全问题分析[J].长江流域资源与环境，2009，18（2）：116-120.
[3]中华人民共和国国家统计局.《中国统计年鉴》2007—2016年度供水用水情况[R].北京：中国统计出版社，2019.
[4]刘宝珺，廖声萍.水资源的现状、利用与保护[J].西南石油大学学报，2007，6：1-11.
责任编辑：刘健
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