基于多元线性回归的水资源分析和预测

李婷婷

（河北省石家庄铁道大学，河北 石家庄 050043）

一、简介

我国水资源较为短缺，各种问题日渐突出。合理使用水资源，水结构的分配方案，结合当地环境等作出适当的调控，都是提高水资源利用效率中值得研究的问题。通过合适的模型预测，结合其内在变化规律，有利于缓解水资源问题。

二、研究背景

根据2012-2016年水资源公报的分析，可以发现我国用水结构存在几个特征：①农田灌溉有效利用系数逐年上升，表明农田灌溉用水利用率每年得到提高；②人均用水量整体较高，随时间呈下降趋势，我国人民节约用水意识正在加强；③城镇用水相比之下远高于农村用水。

通过以上对我国水资源利用现状的分析以及国外发达国家利用现状，发现我国水资源利用中存在一些问题：①农业用水较多，结构不合理；②利用率低，导致人均综合用水量和农业用水量居高不下。③农村和城镇用水结构不合理，城镇人均用水远远大于农村人均用水，且都有上升态势。

三、模型建立与分析

由于从2012年开始我国开始实行控管政策，所以分析的数据为2012-2016年。根据对2012-2016年全国用水总量（Y1）、万元GDP用水量（Y2）、万元工业增加用水量（Y3）、农田灌溉水系数（Y4）、水功能区纳污范围（Y5）、水功能区水质达标率（Y6）等相关因素进行时间序列分析，结合其一次指数平滑模型，在拟合优度分析时，通过变化α的取值进行对比。

①全国用水总量分析及预测：对于α值的确定，通过选取不同α值判断R2是否接近于1，越接近1表明曲线拟合程度越好，不同α值对应的拟合曲线如图1所示。预测方程Y1=-2.0319t2+13.261t+6113.3。通过对比，选取当α=0.1时的预测方程，此时R2最大，为0.7903。

图1 不同平滑系数下的预测趋势

当t为2020时，Y1为6089.3464；当t为2030时，Y1为5693.6624。

②万元GDP用水量分析及预测：预测方程为Y2=145.7x-0.279，R2=0.9594，α=0.5，当t分别为2020和2030时，Y2分别为81.56379894，65.04868521。

③万元工业增加值用水量分析及预测：预测方程为Y3=-0.1892t2 +0.6056t+68.581，R2=0.991，α=0.1，当t为2020时，Y3为61.317；当t为2030时，Y3为18.181。

④农田灌溉水有效利用系数分析及预测：预测方程为Y4=0.0062 x+0.5034，R2=0.9989，α=0.6，当t为2020时，Y4为0.553；当t为2030时，Y4为0.615。

⑤水功能区纳污率分析及预测：预测方程为Y5=7.7472ln(t)+47.949，R2=0.9531，α=0.7，当t为2020时，Y5为64.05884951；当t为2030时，Y5为70.34128808。

⑥水功能区水质达标率分析及预测：预测方程为Y6=7.7912ln(t)+56.781，R2=0.7741，α=0.8，当t为2020时，Y6为72.98234494；当t为2030时，Y6为79.30046444。

四、模型应用

结合SPSS对所有省和自治区进行划分，最终确定三个典型城市：新疆、西藏以及其他城市。以新疆为例进行分析，建立Y4a的多元线性回归方程求解为

所以，若想提高新疆灌溉水利用效率，则可以减少万元工业增加值用水量；提高井灌排面积占农田总面积比例带来的影响较为显著。

五、结语

通过对水资源相关数据进行预测，进一步对具体城市进行分析，可以有效的选取合适的解决措施进一步改善其水资源的利用，从而实现了算法模型在日常生活中的应用。模型简单易操作，针对不同情况都能很好的适用，未来可以进一步推广。