基于回歸模型的昌平區(qū)污水處理量影響因素研究

高明 王達(dá)

摘要：昌平區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的同時(shí)，區(qū)域的污水處理量也在不斷增長，昌平區(qū)2017年污水處理量為9479萬m，較2008年的2585萬m 增長了6894萬m，污水處理量呈逐年上升趨勢(shì)。經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的多方面因素均對(duì)區(qū)域污水量的增加造成了一定影響，本文通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的回歸模型，結(jié)合主成分分析方法，對(duì)昌平區(qū)污水處理量的影響因素進(jìn)行研究，結(jié)果表明用水量、常住人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、萬元GDP水耗4個(gè)因素均是影響污水量的主要因素，在今后的水資源管理和污水治理中，可從以上方面幾入手，嚴(yán)格控制人口規(guī)模，不斷強(qiáng)化用水監(jiān)管和水資源的的合理高效利用，實(shí)現(xiàn)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：污水處理量;回歸分析;影響因素

1? 引言

昌平區(qū)是首都北京的后花園，被譽(yù)為“京師之枕”、“股肱重地”，是首都發(fā)展的重要組成部分。近年來，隨著昌平區(qū)人口的不斷增加，以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，區(qū)域用水量和污水處理量也在不斷增長，水環(huán)境和水生態(tài)質(zhì)量有待進(jìn)一步提升。為探索區(qū)域污水處理量的發(fā)展趨勢(shì)，研究并分析影響污水量的各種外在因素，本文以2008-2017年的昌平區(qū)處理污水量和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用線性回歸的統(tǒng)計(jì)方法，建立模型，尋找區(qū)域污水處理量的主要影響因素，為提高昌平區(qū)提高污水處理能力，進(jìn)一步節(jié)約和保護(hù)水資源提供參考。

2? 基本情況

2.1區(qū)域基本情況

昌平區(qū)位于北京市西北部，總面積1352平方千米，年平均氣溫11.8℃，平均降水量550.3毫米，全年水資源總量2.7億立方米。全區(qū)有21個(gè)鎮(zhèn)街，2017年底常住人口為206.3萬人，其中常住外來人口105.5萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值839.7億元。截止2017年底，全區(qū)已建成集中供水廠22座，建成供水主管網(wǎng)1186km，日供水能力達(dá)到35萬m;建成排水管網(wǎng)總長度1104 km，污水處理能力達(dá)到40.2萬m/d，污水處理率達(dá)到88.7%。

2.2污水處理量情況

2008-2017年，隨著昌平區(qū)年用水總量的不斷增加，污水處理量也由2008年的2585萬m 提高到2017年的9479萬m，增長了6894m，呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)。同時(shí)，再生水利用量也在不斷提高，由2008年的623萬m 提高到2017年的5220萬m，增長了4597萬m。

3.評(píng)價(jià)方法

影響昌平區(qū)污水處理量的因素有很多，研究影響因素的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)方法就是回歸方法，本文擬采用回歸分析的方法，同時(shí)結(jié)合主成分分析法，探索各因素對(duì)污水處理量的影響效果，并進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

3.1回歸分析的基本原理

回歸分析是重點(diǎn)考察一個(gè)特定的變量（因變量），而把其他變量（自變量）看作影響這一變量的因素，并通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型將變量間的關(guān)系表達(dá)出來的一種方法[2]。

3.2回歸分析的基本步驟

（1）確定回歸方程中的解釋變量（自變量x）和被解釋變量（因變量y），以及變量間的相關(guān)關(guān)系。

（2）確定模型，通過觀察散點(diǎn)圖，確定線性或非線性的擬合模型。

（3）建立模型，根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)和上述確定的回歸模型，在一定的統(tǒng)計(jì)擬合準(zhǔn)則下估計(jì)出模型中的參數(shù)，得到明確的回歸模型。

（4）對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估。

3.3主成分分析的基本原理

主成分分析是通過考察變量之間的相關(guān)性，找到少數(shù)幾個(gè)主成分來代表原來的多個(gè)變量，同時(shí)使它們盡可能保留原始變量的信息，從而達(dá)到數(shù)據(jù)降維的目的。主成分分析能夠有效消除各影響因素間信息的重疊，避免主觀隨意性。

3.4主成分分析的主要步驟

（1）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。消除由于量綱的不同造成對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

（2）選取主成分。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分計(jì)算，當(dāng)成分特征值大于1且方差累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%時(shí)，確定主成分個(gè)數(shù)p。

（3）確定主成分表達(dá)式并計(jì)算得分。

（4）計(jì)算出主成分得分后，用主成分作自變量，與原有的因變量構(gòu)建新的模型，再將原始自變量帶入該模型，得出原始變量與因變量之間的關(guān)系程度。

4.昌平區(qū)污水處理量影響因素分析

4.1數(shù)據(jù)來源

隨著昌平區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，區(qū)域污水處理量由2008年的2585萬m 提高到2017年的9479萬m，與此同時(shí)，全區(qū)年用水總量由1.74億m增長至2.45億m，常住人口由94.2萬增長至206.3萬，地區(qū)生產(chǎn)總值由316.2億元增長至839.7億元，均與污水處理量成正比關(guān)系;而萬元GDP水耗由2008年的55m下降至2017年的29m，降低了47%，與污水處理量成反比關(guān)系。

4.2相關(guān)關(guān)系分析

首先對(duì)因變量污水處理量與4個(gè)自變量進(jìn)行相關(guān)性分析見表2，可以看出相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，接近于1，顯著性均小于0.05，表示用水量、常住人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、萬元GDP水耗4個(gè)自變量與污水處理量的關(guān)系通過統(tǒng)計(jì)方法檢驗(yàn)，關(guān)系十分密切，可以作為影響因素進(jìn)行分析。同時(shí)我們也看到，4個(gè)自變量間的相關(guān)關(guān)系也均在0.7以上，個(gè)別達(dá)到了0.9以上，說明自變量間具有一定的重復(fù)信息，如果進(jìn)行多元回歸分析，會(huì)造成一定的多重共線性，對(duì)解釋因變量造成影響。

4.3主成分降維

為避免多重共線性造成的分析誤差，可通過主成分分析法對(duì)4個(gè)自變量進(jìn)行降維，找到少數(shù)幾個(gè)主成分來代表原來的多個(gè)變量，同時(shí)使它們盡可能保留原始變量的信息，有效消除各影響因素間信息的重疊[2]。本文采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，得到各成分初始特征值和解釋的方差，由表3可知，共提取了1個(gè)主成分，方差貢獻(xiàn)率累計(jì)達(dá)到88.962%，表示可以反映原始變量88.962%的信息，能夠較好的代表原始變量。

成分矩陣反映了選取的主成分與原始變量的關(guān)系程度，從表4可知，選取的主成分與用水量、常住人口、地區(qū)生產(chǎn)總值呈很大的正相關(guān)性，與萬元GDP水耗有很大的負(fù)相關(guān)性。根據(jù)公式，可得到主成分和各指標(biāo)的線性組合如下：

F=0.903X+0.947X+0.966X-0.956X（1）

4.4 建立回歸模型

為進(jìn)一步解釋選取的主成分與昌平區(qū)污水處理量的關(guān)系，將提取的主成分F的得分作為自變量，歷年污水處理量作為因變量，進(jìn)行一元線性回歸分析，得到判定系數(shù)R方為0.891，表示模型擬合較好，方差分析顯著性水平Sig.接近于0，表示自變量與因變量線性關(guān)系顯著，相關(guān)參數(shù)如表5：

可得到標(biāo)準(zhǔn)化回歸方程：

Y=2027.955F+5363.09 ???????????????? ???????????（2）

將（1）式帶入上述回歸方程，得出昌平區(qū)污水處理量與其4個(gè)影響因素的回歸方程：

Y=1831X+1920X+1959 X-1939X+5363.09?????????? （3）

5.結(jié)論與建議

5.1結(jié)論

本文利用回歸分析的基本思路，結(jié)合主成分分析方法，對(duì)昌平區(qū)污水處理量的影響因素進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，選取的4個(gè)因素均與污水處理量有較大相關(guān)性，通過回歸方程分析，可以得到影響污水處理量的因素排名分別是地區(qū)生產(chǎn)總值、萬元GDP水耗、常住人口和用水量，其中用水量、常住人口和地區(qū)生產(chǎn)總值均為正向影響，而萬元GDP水耗則為負(fù)向影響，從總體來看，各因素間的影響力比較平均，均占有相當(dāng)一部分的比重，在實(shí)踐中應(yīng)統(tǒng)籌加以重視和考慮。

5.2建議

污水處理是實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)性保障工作，對(duì)于緩解水資源緊張狀況、改善區(qū)域水生態(tài)環(huán)境具有重要意義。昌平區(qū)要深入落實(shí)《北京市第二個(gè)污水治理和再生水利用三年行動(dòng)方案》，積極開展截污治污工作，對(duì)污水排放和治理需要進(jìn)一步強(qiáng)化約束和引導(dǎo)。一是強(qiáng)化區(qū)域用水總量控制，將用水指標(biāo)逐級(jí)分解落實(shí)，引導(dǎo)全社會(huì)節(jié)約用水，從源頭上減少污水排放。二是要嚴(yán)格控制人口，堅(jiān)持落實(shí)首都人口承接和疏解功能，防止區(qū)域人口無序過快增長，緩解首都人口資源和環(huán)境的矛盾;三是在發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，對(duì)一些高耗水、高污染的工業(yè)企業(yè)予以清退，提高高水資源使用效率，促進(jìn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]? 賈俊平.統(tǒng)計(jì)學(xué)[M]. 北京：中國人民大學(xué)出版社，2014.

[3]? 時(shí)立文.統(tǒng)計(jì)分析——從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

（作者單位：北京市昌平區(qū)水務(wù)局）