基于多元線性回歸的水資源分析和預(yù)測(cè)

李婷婷

（河北省石家莊鐵道大學(xué)，河北 石家莊 050043）

一、簡(jiǎn)介

我國水資源較為短缺，各種問題日漸突出。合理使用水資源，水結(jié)構(gòu)的分配方案，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境等作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)控，都是提高水資源利用效率中值得研究的問題。通過合適的模型預(yù)測(cè)，結(jié)合其內(nèi)在變化規(guī)律，有利于緩解水資源問題。

二、研究背景

根據(jù)2012-2016年水資源公報(bào)的分析，可以發(fā)現(xiàn)我國用水結(jié)構(gòu)存在幾個(gè)特征：①農(nóng)田灌溉有效利用系數(shù)逐年上升，表明農(nóng)田灌溉用水利用率每年得到提高；②人均用水量整體較高，隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)，我國人民節(jié)約用水意識(shí)正在加強(qiáng)；③城鎮(zhèn)用水相比之下遠(yuǎn)高于農(nóng)村用水。

通過以上對(duì)我國水資源利用現(xiàn)狀的分析以及國外發(fā)達(dá)國家利用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)我國水資源利用中存在一些問題：①農(nóng)業(yè)用水較多，結(jié)構(gòu)不合理；②利用率低，導(dǎo)致人均綜合用水量和農(nóng)業(yè)用水量居高不下。③農(nóng)村和城鎮(zhèn)用水結(jié)構(gòu)不合理，城鎮(zhèn)人均用水遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于農(nóng)村人均用水，且都有上升態(tài)勢(shì)。

三、模型建立與分析

由于從2012年開始我國開始實(shí)行控管政策，所以分析的數(shù)據(jù)為2012-2016年。根據(jù)對(duì)2012-2016年全國用水總量（Y1）、萬元GDP用水量（Y2）、萬元工業(yè)增加用水量（Y3）、農(nóng)田灌溉水系數(shù)（Y4）、水功能區(qū)納污范圍（Y5）、水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率（Y6）等相關(guān)因素進(jìn)行時(shí)間序列分析，結(jié)合其一次指數(shù)平滑模型，在擬合優(yōu)度分析時(shí)，通過變化α的取值進(jìn)行對(duì)比。

①全國用水總量分析及預(yù)測(cè)：對(duì)于α值的確定，通過選取不同α值判斷R2是否接近于1，越接近1表明曲線擬合程度越好，不同α值對(duì)應(yīng)的擬合曲線如圖1所示。預(yù)測(cè)方程Y1=-2.0319t2+13.261t+6113.3。通過對(duì)比，選取當(dāng)α=0.1時(shí)的預(yù)測(cè)方程，此時(shí)R2最大，為0.7903。

圖1 不同平滑系數(shù)下的預(yù)測(cè)趨勢(shì)

當(dāng)t為2020時(shí)，Y1為6089.3464；當(dāng)t為2030時(shí)，Y1為5693.6624。

②萬元GDP用水量分析及預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)方程為Y2=145.7x-0.279，R2=0.9594，α=0.5，當(dāng)t分別為2020和2030時(shí)，Y2分別為81.56379894，65.04868521。

③萬元工業(yè)增加值用水量分析及預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)方程為Y3=-0.1892t2 +0.6056t+68.581，R2=0.991，α=0.1，當(dāng)t為2020時(shí)，Y3為61.317；當(dāng)t為2030時(shí)，Y3為18.181。

④農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分析及預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)方程為Y4=0.0062 x+0.5034，R2=0.9989，α=0.6，當(dāng)t為2020時(shí)，Y4為0.553；當(dāng)t為2030時(shí)，Y4為0.615。

⑤水功能區(qū)納污率分析及預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)方程為Y5=7.7472ln(t)+47.949，R2=0.9531，α=0.7，當(dāng)t為2020時(shí)，Y5為64.05884951；當(dāng)t為2030時(shí)，Y5為70.34128808。

⑥水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率分析及預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)方程為Y6=7.7912ln(t)+56.781，R2=0.7741，α=0.8，當(dāng)t為2020時(shí)，Y6為72.98234494；當(dāng)t為2030時(shí)，Y6為79.30046444。

四、模型應(yīng)用

結(jié)合SPSS對(duì)所有省和自治區(qū)進(jìn)行劃分，最終確定三個(gè)典型城市：新疆、西藏以及其他城市。以新疆為例進(jìn)行分析，建立Y4a的多元線性回歸方程求解為

所以，若想提高新疆灌溉水利用效率，則可以減少萬元工業(yè)增加值用水量；提高井灌排面積占農(nóng)田總面積比例帶來的影響較為顯著。

五、結(jié)語

通過對(duì)水資源相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)一步對(duì)具體城市進(jìn)行分析，可以有效的選取合適的解決措施進(jìn)一步改善其水資源的利用，從而實(shí)現(xiàn)了算法模型在日常生活中的應(yīng)用。模型簡(jiǎn)單易操作，針對(duì)不同情況都能很好的適用，未來可以進(jìn)一步推廣。