水资源短缺风险的综合评价(zhengzong)(2)21534.docx

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1、水资源短缺风险的综合评价 摘要：本文从风险的角度对北京地区水资源短缺的问题进行了探讨。首先，通过资料分析，列出了可能导致水资源短缺的各方面原因，并建立了相应的风险指标体系。然后，对各个风险指标值进行了获取工作。针对北京地区的实际资料，采用主成分分析法和改进的灰色关联度对风险指标进行定量筛选，最终确定出导致风险的敏感因子，为进一步进行风险评价奠定了基础，同时也为制定风险的防范措施和对策提供了理论依据。为了对水资源短缺风险进行综合评价，我们建立了一个水资源短缺量与来水和用水两个因素之间的线性回归模型，并且对未来两年做了预测，建立数据拟合模型，求解水资源短缺风险及对应的风险等级。 关键词：北京地区；

2、水资源短缺风险；敏感因子；风险等级；线性回归；拟合1. 问题的重述述近年来，我我国、特特别是北北方地区区水资源源短缺问问题日趋趋严重，水水资源成成为焦点点话题。以北京市为为例，北北京是世世界上水水资源严严重缺乏乏的大都都市之一一，其人人均水资资源占有有量不足足3000m3，为全全国人均均的1/8，世世界人均均的1/30，属属重度缺缺水地区区，附表表中所列列的数据据给出了了19779年至至20000年北北京市水水资源短短缺的状状况。北北京市水水资源短短缺已经经成为影影响和制制约首都都社会和和经济发发展的主主要因素素。政府府采取了了一系列列措施, 如南南水北调调工程建建设, 建立污污水处理理厂,产

3、产业结构构调整等等。但是是，气候候变化和和经济社社会不断断发展，水水资源短短缺风险险始终存存在。如如何对水水资源风风险的主主要因子子进行识识别，对对风险造造成的危危害等级级进行划划分，对对不同风风险因子子采取相相应的有有效措施施规避风风险或减减少其造造成的危危害，这这对社会会经济的的稳定、可可持续发发展战略略的实施施具有重重要的意意义。北京20009统统计年鉴鉴及市市政统计计资料提提供了北北京市水水资源的的有关信信息。利利用这些些资料和和可获得得的其他他资料，讨讨论以下下问题：1 评价判定北北京市水水资源短短缺风险险的主要要风险因因子是什什么？影响水资源源的因素素很多,例如：气候条条件、水水利

4、工程程设施、工工业污染染、农业业用水、管管理制度度，人口口规模等等。2建立一个个数学模模型对北北京市水水资源短短缺风险险进行综综合评价价， 作作出风险险等级划划分并陈陈述理由由。对主主要风险险因子,如何进进行调控控，使得得风险降降低？ 33 对北北京市未未来两年年水资源源的短缺缺风险进进行预测测，并提提出应对对措施。 44 以北北京市水水行政主主管部门门为报告告对象，写写一份建建议报告告。2. 问题的分析析从风险的角角度来看看，目前前北京地地区面临临着较大大的水资资源短缺缺风险。风风险是存存在于任任何事物物之中的的，人类类不可能能完全消消除风险险，但是是能过尽尽量减少少风险，将将危险发发生的可

5、可能性和和损失降降到最低低。与减减小风险险，首先先应该找找出导致致风险的的主要原原因，并并得到哪哪些因素素会加大大风险，哪哪些因素素会降低低风险。从从而为制制定相关关的风险险防范措措施和对对策提供供理论依依据。哪些因素会会加大北北京地区区水资源源短缺风风险？哪哪些因素素又会降降低水资资源短缺缺风险？本文首首先通过过系统定定性分析析，列出出了可能能加大和和降低地地区水资资源短缺缺的各方方面因素素。概括括来说，这这些因素素主要源源于以下下两个方方面：11、来水水因素；2、用用水因素素。由于于加大和和降低风风险的因因素较多多，而从从北京地地区科学学管理的的角度来来看，如如何充分分发挥人人力、物物力、

6、和和财力最最大限度度的缓解解水资源源短缺风风险，是是所急需需解决的的问题。“事物要抓其主要矛盾”，只有找到加大和降低水资源短缺风险的主要因素，才能有针对性地采取有效措施和策略。本文结合定性分许和定量计算，试图找出加大和降低水资源短缺风险的主要因素，并确定出风险敏感因子。3. 模型的假设设与符号号说明3.1 模模型的假假设（1）除了了所考虑虑的因子子外，其其他风险险因素忽忽略不计计；（2）忽略略因为所所研究因因子的数数据不全全所带来来的影响响；（3）在一一定时间间范围内内所研究究的各因因子是连连续变化化的；（4）水资资源系统统发生供供水短缺缺产生的的损失用用缺水量量来衡量量。（5）水资资源短缺缺

7、量归一一化所选选取的最最大值即即为所统统计年份份缺水量量的最大大值，忽忽略其对对模型的的影响；（6） 文中所有提提到的关关于供水水量及用用水量的的单位均均为亿立立方米。3.2 符符号说明明4. 模型的建立立与求解解4.1 水水资源短短缺主要要风险因因子的确确定4.1.11影响响水资源源短缺风风险的因因素加大和降低低北京地地区水资资源短缺缺风险的的因素主主要源于于以下两两方面11、来水水因素;2、用用水因素素。以下分别从从以上方方面对其其因素进进行定性性分析:a 、来水水因素: (11) 地地表水水水量：地地表水水水量=降降水量蒸发量量。降水水量:它它是水资资源的来来源,其其大小变变化直接接影响

8、到到水资源源量的大大小,当当降雨量量减小时时,水资资源短缺缺风险就就相应增增大。蒸蒸发量:蒸发量量增大将将导致区区域可用用水资源源减少,从而增增大水资资源短缺缺风险。 (2) 地下下水天然然补给量量:此补补给量越越大,则则可用地地下水也也越多,可以降降低水资资源短缺缺风险。b、用水因因素: (1) 农业业用水量量 (22) 工工业用水水量资 (3) 第三三产业用用水量4.1.22风险险敏感因因子的确确定本文中,分分别采用用主成分分析法和和灰色关关联度法法进行指指标定量量筛选。由由于数学学方法在在实际应应用中可可能会或或多或少少有其自自身的缺缺陷和局局限性,因此,采用不不同的数数学方法法进行计计

9、算,并并将其结结果互相相对比和和验证,最终将将能得出出较为准准确的结结果。4.1.33 利用用主成分分分析方方法确定定风险敏敏感因子子主成分分析析法是指指标筛选选最常用用的方法法之一,该方法法的本质质目的是是对高维维变量系系统进行行最佳综综合与简简化,同同时客观观地确定定各个指指标的权权重,从从而筛选选出权重重大的指指标,确确定敏感感因子。该该方法较较层次分分析法和专家打分分法的好好处是避避免了主主观随意意性,因因此本文文首先采采用此法法进行指指标筛选选。图1 石羊羊河流域域水资源源短缺风风险指标标体系图图主成分分析析方法的的步骤为为8 - 110 :(1) 数数据的标标准化处处理 （1）其中

10、为为第个分分区第个个指标的的值,，为第个指指标的样样本均值值和样本本标准差差。(2) 计计算数据据表() 的相关关矩阵RR。(3) 求求R 的的个特征征值:，以以及对应应的特征征向量 ,它们们标准正正交,称称为主轴轴。(4) 求求主成分分: （22）(5) 精精度分析析:通过过求累计计贡献率率 来判判断, ,一般般要求取取 885 %的最小小值,则则可得主主平面的的维数mm ,从从而可对对m 个主主成分进进行综合合分析。(6) 在在获得特特征向量量与特征征值,并并确定主主超平面面的维数数之后,可以计计算主因因子载荷荷矩阵,其计算算公式为: 其中4.1.44 利用改改进的灰灰色关联联方法筛筛选敏

11、感感性风险险因子灰色关联方方法的主主要步骤骤如下 :(1) 参参考序列列的选择择水资源短缺缺风险:由于水水资源的的短缺与与否主要要体现在在人均水水资源量量上,当当人均水水资源量量越小,水资源源短缺的风险险就越大大,所以以选定人人均水资资源量作作为参考考序列。各个参考序序列都以以表示之之,其中中= 11 ,22 , , 为评评价区数数。(2) 比比较序列列的确定定其它列入风风险因子子表中的的因子组组成的序序列即为为比较序序列,记记为,k = 1 ,2 , ,n ,ii = 1 ,2 , ,m ,m为因子数量量。(3) 对对参考序序列与比比较序列列进行无无量纲处处理处理方法为为以各序序列中最最大值

12、为为1 ,其余均均以此值值相除,此对于于指标值值越大越越好的情情况;对对于指标标值越小越好的的情况,以最小小指标值值除以其其它指标标值。(4) 利利用下述述公式计计算比较较序列的的所有指指标对应应于参考考序列所所有指标标的关联联系数 (4)式中, 为为指标kk 的绝绝对差,为分辨辨系数,在01 之之间变化化。传统的一一般取00. 55 ,然然而大量量计算结结果表明明,0. 5 并不是是最合适适的数值值,的取值值应遵循循下述以以下两大大原则:a 、充分分体现关关联度的的整体性性,即关关联度不不仅与有有关,而而且与所所有其它它因子(j = 1 ,2 , ,n) 有有关;b、具有抗抗干扰作作用,即即

13、当系统统因子的的观测序序列出现现异常值值时,能能够抑制制、削弱弱它对关关联空间间的影响响。因此此,分辨辨系数的取值值规则如如下:记为所有差差值绝对对值的均均值,=,并记记 (),则则的取值值为:2,且满满足则在此区区间内取取值。(5) 比较较序列对对应于参参考序列列的关联联度一般用平均均值,即即(6) 按关关联度大大小进行行排序关联度越大大,比较较序列与与参考序序列关系系越密切切。4.2 问问题二的的模型建建立为了对水资资源短缺缺风险进进行综合合评价，我我们建立立了一个个水资源源短缺量量与来水水和用水水两个因因素之间间的线性性回归模模型。由由模型一一，主成成分分析析可知，影影响用水水的因子子主

14、要是是工业用用水、农农业用水水、第三三产业用用水以及及废水排排放量；而影响响来水的的因子有有入境水水量、年年降雨量量和地表表水资源源总量。 （11）利用用eviiewss软件求求出水资资源短缺缺量与各各风险因因子之间间的线性性回归方方程。Y= +CC （1） 其中，为统统计数据据借助eevieews软软件回归归所得的的各因子子的系数数，C为为常数。通过该回归归方程，我我们将水水资源短短缺风险险转化为为各个因因子的变变化趋势势，各个个因子的的变化直直接导致致风险的的变化。只只要调节节各个因因子就能能调节风风险的大大小。并并通过对对各个因因子未来来值的预预测，间间接来预预测水资资源短缺缺量，即即水

15、资源源短缺风风险。 为了风险进进行综合合的评价价及给风风险等级级进行划划分，我我们先是是建立一一个基于于快速聚聚类法重重心法思思想的聚聚类模型型。再通通过sppss软软件给风风险划分分等级，给给风险进进行一个个综合的的评价。（2）重心心法的原原理：若样品之间间采用欧欧氏距离离，设某某一步将将类与合并成成，它们们各有，（=+）个样样品，它它们的重重心用，和表示，显显然有：=（+） 某一类类的重心心为，它它与新类类的距离离是：=+（3）将119799至20008年年缺水年年份的缺缺水量，运运用SPPSS软软件进行行聚类分分析，将将其分成成k类，然然后算出出每类的的均值 （此处处的类似似于聚类类分析

16、中中的类中中心）。 =（i为为每类中中因子的的个数） （4）将各各个均值值从小到到大进行行排序，排排序结果果为：，（t=k），算算出相邻邻两个均均值之间间的均值值（m=kk-1）。=（+） （55）再将将算出的的经过归归一化处处理，从从而将缺缺水量转转化成水水资源风风险，并并用来表示示风险系系数，其其值介于于011之间的的小数。 = 注意：因为为缺水量量应该是是大于零零的，所所以此处处的miin(YY)我们们选取零零,而mmax(Y)的的值取从从19779年到到20008年缺缺水量的的最大值值。（6）归一一化后的的m个值把001这这一区间间分成了了m+1个个小区间间，也就就把风险险划分成成了m

17、+1个个等级，并并根据各各风险值值所在的的区间对对其命名名。 注意：本本文对水水资源风风险划分分了4个个等级，并并对其命命名为较较低风险险、低风风险、较较高风险险和高风风险。4.3 问问题三的的模型建建立在问题2中中我们已已经建立立了一个个水资源源短缺量量与风险险因子之之间的风风险综合合评价的的线性回回归模型型，通过过这个线线性回归归模型我我们知道道了缺水水量与各各因子之之间的关关系，为为了对未未来两年年北京市市的水资资源短缺缺风险进进行预测测，我们们可先对对7个因因子建立立数据拟拟合模型型，利用用MATTLABB对7个个风险因因子的变变化趋势势进行拟拟合预测测，将所所求得的的各因子子的预测测值代入入到线性性回归公公式中，即即可求得得未来两两年北京京市的水水资源短短缺量，归归一化后后即可求求出水资资源短缺缺风险及及对应的的风险等等级。我们假设一一组原始始序列 引入一阶弱弱化算子子D，令令 其中 那么的1AGOO为对作紧邻均均值生成成从而可以得得到矩阵阵和矩阵阵 对参数进行行最小二二乘估计计，得到到估计参参数 和和。则GM(11,1)白化方方程为 相应的时间间式为（预预测模型型） 5. 模型求解6. 模型的评评价参考文献附录