基于灰色预测的水资源开发利用问题

甘爽 黎小雨 滕星池

摘 要：本文研究了水资源的开发利用问题，运用主成分分析算法，建立灰色预测模型和规划模型，解决水资源的有效利用以及达成目标方案，并给出模型的误差分析。降雨量与水资源总量整体反映了国家的水资源的丰富性；供水量是对水资源的有效开采而向人类提供的可以利用的水资源，可以反映对水资源的开采效率；而耗用量是人类对提供的水资源的有效利用量，建立灰色预测模型，得到水资源开采、供应以及有效耗用与时间的关系，从开采与供应方面分析现状：人均用水量增加、工农业的用水量大大减少并且南北水资源的供应分配不均匀等；找出主要的问题：居民用水意识较低、水资源的浪费较大等；利用得到的函数映射，预测出2020年、2030年的数据对比，发现有效利用系数较好的满足条件，并且万元工业增加值用水总量偏差较小。

关键词：主成分分析 ；灰色预测模型

引 言

水是生命之源、生产之要、生态之基。新中国成立以来特别是改革开放以来，我国的水资源开发、利用、配置、节约、保护和管理工作取得显著成绩，为经济社会发展、人民安居乐业作出了突出贡献。但是人多水少、水资源时空分布不均是我国的基本国情和水情，水资源短缺、水污染严重、水生态恶化等问题十分突出，已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈。随着工业化、城镇化深入发展，水资源需求将在较长一段时期内持续增长，水资源供需矛盾将更加尖锐，我国水资源面临的形势将更为严峻。

2011年中央1号文件和中央水利工作会议明确要求实行最严格水资源管理制度。2012年1月，国务院发布了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，每年发布《中国水资源公报》，确立了水资源开发利用控制、用水效率控制和水功能区限制纳污“三条红线”：一是确立水资源开发利用控制红线，到2030年全国用水总量控制在7000亿立方米以内。二是确立用水效率控制红线，到2030年用水效率达到或接近世界先进水平，万元工业增加值用水量降低到40立方米以下，农田灌溉水有效利用系数提高到0.6以上。三是确立水功能区限制纳污红线，到2030年主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内，水功能区水质达标率提高到95%以上。现根据我国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。比较和国家提出的2020年2030年目标的偏差，进行对比分析。

1.1问题分析

查询2012-2016年的水资源公报，降雨量与水资源总量整体反映了国家的水资源的丰富性；供水量是对水资源的有效开采而向人类提供的可以利用的水资源，可以反映对水资源的开采效率；而耗用量是人类对提供的水资源的有效利用量，可以很好的反映人类的生活水平以及有效利用率；对数据描绘统计可以整体反映人类的水资源的需求以及有效利用，从而描述水资源的开发利用现状和存在的主要问题。然后利用公报所得的数据，进行建立灰色模型粗略的预测出2020年与2030年的相关数据，再结合两年目标具体分析偏差以及可能的缘故。

1.2问题的解决

从数据出发，将公报所得的数据整合，利用 编程绘制每一种指标-时间图，根据每个指标的具体含义分析现状：

从图1中可以看出水资源的供给：农业时间图中，农业利用了大部分的水资源，虽然每一年的农业的水资源利用总量在减少，可能是由于国家正在向城镇化城市靠近，现代技术水平也随之提高，所以农业的供水量就会受到一定的限制；工业的用水量也是逐渐降低的，可能是从现代设备先进与技术的提高说明了工厂对水资源的重复利用，从图3（废水排出总量）也可以对其有一定的说明；生活图中斜率在增大，可以说明居民对水资源的需求量在增大，结合废水排出量可以粗略反映生活水平的提高。也可以看出水资源的大部分是供应给农业，与人工系统结合，可以看出人类对生态平衡意识还是比较高，这也不违背中国是个农业大国的现实。

从图2可以看出水之源的大致的分布方向：地表水在开采方面占据大部分位置，因为在我们能利用的主要是离地表层比较近的水层，也是防止对水资源的过度开采，地下水层离地表比较远，过度开采地下水可能会造成地质坍塌，以致地下水的开采相对于地表水而言开采的占據少数；用于水资源的开采较少，所以对居民的供给就相对较少了，这符合中国是淡水缺乏的国家的事实。由于中国处于亚热带季风型气候地区，降水量比较多，就会导致在其他方面水资源的存在就会增加。

2.1模型的优点

灰色模型可以在很少数据情况下可以预测未来近期的发展趋势，并且可以将预测趋势的误差降低到非常小。

2.2模型的缺点

灰色预测与回归模型都可以预测，但预测的时间都是近期的，不能作长远的预测。

参考文献：

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基金项目：（页脚，宋体小五黑）国家自然科学基金（名称）（XXXXXXXXX）（编号，多个项目以分号，请尽量提供）

作者简介：

XXX（简介作者为第一作者，研究生原则上应增加导师简介，其他如第二作者职称学历较高、有一定学术权威请予以一并介绍）（1972—），男，四川XX人，教授，博士，主要从事XXXX方向的研究