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水资源短缺风险评估模型建立与分析

摘 要

目前，水资源问题，特别是水资源短缺问题严重地制约着我国经济发展，是我们迫切所要解决的问题之一。水资源是人类生产生活最重要的资源，可是如今，生态环境遭到严重破坏，水体污染严重，水资源开采过度，水资源的保护和水污染的治理成为现代社会最关注的问题。尤其近年来，我国北方地区水资源短缺问题日趋严重，已成为人们关注的焦点。

本文以北京地区水资源短缺问题为背景，通过建立线性加权均值风险评估模型和短缺风险模糊综合评估模型，对其水资源短缺情况进行综合风险评估。同时根据研究分析所得数据，给出了合理使用和保护水资源的建议报告。

对于模型一：首先，我们借助软件SPSS对所搜集的数据进行筛选处理，按照影响程度进行加工整合，同时依据评指标选择原则，选取了农业用水量、生活用水量、工业用水量、地下水资源量、污水排放总量、地表水资源量、入境水流量、再生水资源量、环境用水量、COD排放总量作为水资源短缺风险的评估因子。其次，随机抽出20组数据分成两大组，作为矩阵A和B，通过矩阵运算、加权均值、求解方程组，确定了各项因子的评分系数。在此过程中，我们通过编写C++程序求解可逆矩阵和借助MATLAB计算方程组的解，从而确定评估指标函数，在此基础上确定了水资源短缺评估的临界值，并依次对水资源短缺风险预警级别进行等级划分。最后，随机选择了2009和2010年的数据进行检验，得出评估模型所求数据与实际情况基本一致。

对于模型二：首先，对影响北京水资源短缺的风险因子进行了分析，得到了一部分重要的风险因子。其次，利用了判别分析法中的Mahalanobis距离法对主要的敏感因子进行筛选，取得了良好的结果，基本符合客观事实。针对水资源短缺风险评估中各指标的模糊性和不确定性，建立短缺风险模糊综合评估模型。通过对风险率、脆弱性、可恢复性、事故周期、风险度这五个评价指标建立综合评估体系，作出了等级划分。通过对风险因子的调控，降低了北京水资源短缺的风险，并对未来北京市的水资源情况进行预测，对实际生活、生产具有指导意义。

关键字：水资源短缺 风险因子 线性加权均值风险评估模型

短缺风险模糊综合评估模型 风险预测 建议

一、问题提出

近年来，我国北方地区水资源短缺问题日趋严重，制约着经济的发展，水资源短缺已成为人们关注的焦点话题。

以北京市为例，北京是世界上水资源严重缺乏的大都市之一，其人均水资源占有量不足300m3，为全国人均的1/8，世界人均的1/30，属重度缺水地区，附表中所列的数据给出了1979年至2000年北京市水资源短缺的状况。北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。政府采取了一系列措施, 如南水北调工程建设, 建立污水处理厂,产业结构调整等。但是，气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。如何对水资源风险的主要因子进行识别，对风险造成的危害等级进行划分，对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险或减少其造成的危害，这对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。

根据《北京统计年鉴》及市政统计资料提供的北京市水资源有关信息，分析讨论以下问题：

（1）以北京市水资源资料为例，分析水资源短缺的风险因子，并对这些风险因子进行重要性分析；

（2）建立一个数学模型对北京市水资源短缺风险进行综合评价，作出风险等级划分并陈述理由；

（3）从用水量、用水结构、水资源存量几个方面对北京市未来五年水资源进行预测；

（4）以北京市有关部门为报告对象，写一份建议报告，至少从水资源短缺成因、水资源风险控制以及水资源保护几个方面提出建议和对策。

二、问题分析 水资源短缺风险评价指标

水资源的短缺取决于供水和需水两方面影响，而这两方面都具有随机性和不确定性。因此，水资源短缺风险也具有随机性和不确定性。在进行风险评价时，要充分考虑风险的特点以及水资源系统的复杂性，要把存在风险的概率、风险出现的时间、风险造成的损失有多少、风险解除的时间、缺水量的分布等一系列因素考虑在内。因此难以用某一种指标对其进行全面描述和评价，必须从多方面的指标综合考虑。评价指标选择的原则是：

(1)能集中反映缺水地区的缺水风险； (2)能集中反映缺水风险的程度；

(3)能反映水资源短缺风险发生后水资源系统的承受能力； (4)代表性好，针对性强，易于量化。

依据上述原则，并参考相关文献，选取了影响水资源短缺的主要风险因子，联系实际，建立了水资源短缺风险评估指标，构造出评估模型。

北京市水资源短缺主要原因

（1）我国水资源时空分布不均以及入境水流量少是导致北京水资源紧张的主要原因；

（2）北京人口增长过快，工农业发展迅速，加剧了水资源紧张程度； （3）北京地区生态环境恶化，干旱频率加大； （4）居民生活用水的污染和地表水资源急剧减少；

三、模型的假设

（1）假设题中所给数据基本真实有效；

（2）假设没有重大的自然灾害发生如干旱、洪涝等； （3）假设北京地区人口流动正常； （4）假设南水北调及其它工程正常运行；

（5）只考虑模型中的十个主要因子，其它的因子忽略不计。

四、模型的建立

模型一

4.1.1符号说明

Y:样本数据的评分值

C:对应影响因子的评分系数 X:各影响因子实际数据

、Y1：样本数据评分值的算数平均值 、X1：A组、B组原始数据

、X1：A组、B组数据各列的平均值

YX00s X0i00? A=?X?Xsii?? 11 B=??Xti?Xi??

S= Y0A（A+B） 、Y1B：A组、B组评分值的平均水平

YC：橙色预警的临界值