北京市水资源.docx
《北京市水资源.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京市水资源.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
北京市水资源
水资源短缺风险综合评价
摘要
水资源短缺问题是我国现阶段经济社会可持续发展所面临的严峻生态和环境问题，其已严重影响了正常的经济社会活动和广大人民的健康水平。
目前我国水资源情况仍处于严重恶化的境地，污染物排放量呈增长趋势，水质恶化趋势尚未得到有效控制。
因此对水资源短缺风险进行合理评价并寻找到有效的解决方案是当务之急。
本文就首都北京的水资源短缺问题做出研究调查，分为以下三步给出我们的解决方案：
一、首先从自然、经济、社会三个方面寻找相关的水资源短缺风险因子，然后结合所掌握的有关数据运用事故树分析法筛选出八个风险因子，然后使用使用主成分分析法，通过MTALAB软件编程得到各个风险因子的风险度进而通过各个风险因子的风险度来量化各个风险因子的风险度。
二、本文先利用风险率分析法对北京市水资源现状进行总体评价，再通过计算不同分先度因子的风险度值，根据风险等级划分来确定不同的风险度因子对北京市水资源的影响。
针对得出的结论，本文给出了一些可以降低北京市水资源短缺风险因子的调控措施。
三、由于时代差异较大，经济发展迅速，2008年北京奥运会时北京采取了许多特别政策。
另外近几年国家的南水北调政策也得到了很大的成效。
所以在某些指标上我们过滤掉了那些陈旧的数据，选择用1994年到2008年的15年数据来预测未来两年北京市水资源的风险程度。
本文利用线性回归方法预测出了未来两年北京市各个风险因子的数据，算出北京市未来两年的风险度，预测出未来两年北京市水资源的风险程度为可接受风险程度到约束性风险程度。
在问题三的最后本文给出了对北京市未来两年水资源风险调控的一些措施来降低风险。
四、本文综合从问题一、二、三中的出的结论联系北京市最近几年的实际情况详细地给出对北京市水行政主管部门的一份建议报告，其中主要的建议有以下5点：
1、水利工程设施的时间和空间上的调节；2、合理开发利用地下水资源；3、重视污水处理及循环使用；4、对第三产业及居民的生活用水方面进行调控；5、综合管理。
这也是本文研究北京市水资源短缺风险的现实意义和本文这篇论文的最终目的。
关键字：
风险因子风险度调控建议报告
一、问题重述
水资源短缺风险，泛指在特定的时空环境条件下，由于来水和用水两方面存在不确定性，使区域水资源系统发生供水短缺的可能性以及由此产生的损失。
近年来，我国、特别是北方地区水资源短缺问题日趋严重，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。
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。
本文根据《北京2009统计年鉴》及市政统计资料提供了北京市水资源的有关信息，讨论以下问题：
1评价判定北京市水资源短缺风险的主要风险因子是什么？
影响水资源的因素很多,例如：
气候条件、水利工程设施、工业污染、农业用水、管理制度，人口规模等。
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。
对主要风险因子,进行调控，使得风险降低。
3对北京市未来两年水资源的短缺风险进行预测，并提出应对措施。
4以北京市水行政主管部门为报告对象，写一份建议报告。
二、问题假设
1.假设北京市的降雨地区分布是近似均匀的。
2.假设北京地表水主要来源为五大河流。
3.假设水资源总量全部为北京市地表水地下水量没有外部供水影响。
不考虑南水北调影响等其他水资源供给影响、
4．假设北京市不存在重大自然灾害的影响。
5.在分析期内，没有气候的大变化，水资源规律不发生根本性偏离。
6.分析期内，没有突发政策性影响，从而用水规律可预估。
7.本文收集到的数据均真实可靠；
8.假设除了本文所考虑的风险因子外其他的风险因子不考虑
三、符号说明
t2-统计量-----主成分分析结果
PF------------风险率
PD------------风险度
σ----------为标准差
E（X）--------为各项数据的平均值
四、模型建立和求解
4、1、1评价判定北京市水资源短缺风险的风险因子：
在查找相关文献资料后，本文将把北京市水资源短缺的风险因子归类为自然风险因子、经济风险因子、社会风险因子三个方面：
自然风险因子：
（1）降水量
（2）蒸发量（3）水汽量（以水汽输送总量表示）（4）水源涵养指标（以植被覆盖率表示）（5）地下水天然补给量。
经济风险因子：
（1）工业用水总量
（2）农业用水总量（3）第三产业用水总量（4）单位GDP产值污水排放量（5）污水处理率。
社会风险因子：
（1）人口密度
（2）居民生活用水总量（3）地表水控制率（4）环境用水总量（5）水循环利用率（6）人均用水量（7）跨流域调水率（调入的水量与原有水量之比）（8）大中型水库蓄水总量。
4、1、2简化风险指标体系：
由于掌握的数据和资料有限，又不可能作实地的调查研究，上述指标体系中的一部分风险因子无法量化分析，本文将根据现有数据对上述体系进行了简化，简化后的水资源短缺风险因子体系如图1所示，分为3个层次，共由8个指标组成。
图1简化后的北京市水资源短缺风险因子图
4、1、3主成分分析法：
主成分分析法是指标筛选最常用的方法之一，该方法的本质目的是对高维变
量系统进行最佳综合与简化，同时客观地确定各个指标的权重，从而筛选出权重大的指标，确定敏感因子。
该方法较层次分析法和专家打分分析法的好处是避免了主观随意性。
因此，本文采用主成分分析法来确定主要风险因子。
通过查询相关信息容易查询以下数据：
年份
农业用水（亿立方米）
工业用水（亿立方米）
第三产业及生活等其它用水（亿立方米）
地表水资源总量（亿方）
降水量（mm）
大中型水库蓄水量
污水总量（亿方）
地下水资源总量（亿方）
2003
13.8
8.4
13.6
6.1
444.9
11.24
15.7
14.8
2004
13.5
7.7
13.4
8.2
483.5
12.77
17.3
16.5
2005
13.2
6.8
14.5
7.6
410.7
13.94
19
18.5
2006
12.8
6.2
15.3
6
318
13.77
16.4
18.5
2007
12.4
5.8
16.6
7.6
483.9
12.52
16.9
16.2
2008
12
5.2
17.9
12.8
626.3
13.54
15.2
21.4
表12003—2008年各风险因子数据
本文主成分分析法在MATLAB上的应用求解程序及分析结果如下：
x=[13.813.513.212.812.412;
8.47.76.86.25.85.2;
13.613.414.515.316.617.9;
6.18.27.667.612.8;
444.9483.5410.7318483.9626.3;
11.2412.7713.9413.7712.5213.54;
15.717.31916.416.915.2;
14.816.518.518.516.221.4]
x=
13.800013.500013.200012.800012.400012.0000
8.40007.70006.80006.20005.80005.2000
13.600013.400014.500015.300016.600017.9000
6.10008.20007.60006.00007.600012.8000
444.9000483.5000410.7000318.0000483.9000626.3000
11.240012.770013.940013.770012.520013.5400
15.700017.300019.000016.400016.900015.2000
14.800016.500018.500018.500016.200021.4000
>>[pc,score,variance,t2]=princomp（x）
pc=
0.3861-0.1963-0.57770.28490.49880.3855
0.4198-0.0733-0.4104-0.4632-0.0565-0.6574
0.3544-0.38470.1861-0.5239-0.33680.5511
0.2724-0.50160.60530.16980.4314-0.3047
0.4204-0.0627-0.01230.6289-0.6425-0.1048
0.54600.74340.3107-0.07410.18870.1078
score=
-140.3335-1.8952-1.95380.32790.7089-0.0829
-155.40700.7215-3.67190.06200.60800.0908
-134.32380.51981.73972.2648-0.32940.0563
-150.94956.4654-0.1810-0.7089-0.64550.0077
981.08040.1091-0.0945-0.00280.0028-0.0013
-140.2105-0.97321.0267-0.3249-0.1441-0.3242
-131.3293-4.4872-0.4134-0.7257-1.24560.1243
-128.5267-0.46023.5482-0.89251.04480.1294
variance=
1.0e+005*
1.5723
0.0001
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
t2=
2.5600
3.9804
6.0982
5.6985
6.1248
5.3050
6.1161
6.1170
风险因
子
农业用水风险因子
工业用水风险因子
第三产业及居民生活用水风
险因子
地表水资源风险因子
降水量风险因子
大中型水库蓄水量
污水总量
地下水资源总量
t2-统计量
2.5600
3.9804
6.0982
5.6985
6.1248
5.3050
6.1161
6.1170
表2各项风险因子的主成分分析结果
绘得的折线统计图（如图2）：
4、1、4确定主要风险因子：
根据上述方法的结果，经综合评判后，可得出北京市水资源短缺的主要风险因子是：
降水量风险因子、第三产业及居民生活用水风险因子、地下水资源风险因子和污水总量风险因子。
图2各风险因子的折现统计图
4、2、1对北京市水资源短缺风险进行综合评价：
本文通过建立概率统计的风险计算模型，对相关数据进行量化分析后，对北京市水资源短缺风险进行综合评价。
（1）风险率的计算：
若事件A为“失事事件”，则事件A的风险率为：
PF=P（A）
（其中PF为风险率P（A）为事件A发生的概率）
计算结果：
事件A为一年中年用水总量大于水资源总量P（A）=26/30=0.867.
评价：
基于风险率的计算，我们可知北京市水资源短缺情况十分严重，北京市属重度缺水城市。
水资源短缺风险很高，且已对北京市工农商业发展及市民日常用水造成了极大的不利影响，需尽快采取有效措施。
（2）风险度的计算：
风险度（即变异系数）计算模型方程式：
PD=σ/E（X）（σ为标准差,E（X）为各项数据的平均值）
统计数据见表1。
通过EXCEL统计分析结果如表3
风险因
子
农业用水风险因子
工业用水风险因子
第三产业及居民生活用水风
险因子
地表水资源风险因子
降水量风险因子
大中型水库蓄水量
污水总量
地下水资源总量
平均值
12.95
6.68
15.22
8.05
46.12
12.96
16.75
17.65
标准差
2.32
7.21
15.55
31.00
51.59
5.14
9.02
27.06
风险度
0.18
1.08
1.02
3.85
1.12
0.40
0.54
1.53
表3风险因子分析结果
根据风险率与风险度的量化结果，我们可以对北京市水资源短缺风险做出如
下的综合评价：
综合以上两种评价方法，我们可知北京市水资源短缺风险的确十分严重，需及时采取有效的调控措施。
特别是要在降水量、农业用水、第三产业及居民生活用水和地下水资源四个方面进行重点调控。
4、2、2风险等级划分及理由：
根据各项风险因子的风险度值（如表4所示），将各风险因子分为不同的等级。
级别
风险度值
风险类别
风险描述
Ⅰ
=<1.2
可接受风险
风险产生概率极微或破坏性极弱
Ⅱ
1.2—2.5
约束性风险
要约束水资源使用来防范风险
Ⅲ
2.5—5.5
约束性风险
风险发生或潜在存在会造成系统损害
Ⅳ
5.5—10
严重破坏性风险
风险极易发生并造成极大破坏
Ⅴ
>=10
毁灭性风险
风险发生频繁且造成不易恢复性迫害
表4风险等级划分
各类风险因子的风险等级划分结果如表5所示。
风险因
子
农业用水风险因子
工业用水风险因子
第三产业及居民生活用水风
险因子
地表水资源风险因子
降水量风险因子
大中型水库蓄水量
污水总量
地下水资源总量
风险等级
Ⅰ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅲ
Ⅴ
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
表5风险因子等级划分结果
4、2、3对风险因子的调控：
主要风险因子中,农业用水、第三产业及生活等其他用水因素为可控因素，地下水、降水量为自然因素、非可控因素。
本文主要讨论改变可控因素的措施。
人为可控因素的调控措施：
1、全面加强农业节水工作，通过加大农业节水投入，应用节水工艺设备，强化用水管理等措施。
采用资源集约型的经济增长方式和结构，提高水的利用率，宣传加强民众和单位的节水意识,大力推行节约用水；
2、通过人类活动如植树造林、修建水库、人工造湖、尽量减少城市硬化地面，增加下垫面的透水性。
南水北调等工程，一般都是通过改变人为条件而间接增加降水量，以及必要时进行人工降水作业增加北京市的降雨量；
3、通过计划生育、晚婚晚育等政策,使的人口数量趋于稳定,控制人口用水和污水。
通过总用水量的减少,从而使的缺水量减少,以至于风险等级降低。
4、3对北京市未来两年水资源的短缺风险预测及应对措施：
运用一元函数线性回归的方法，应用MATLAB数学软件（具体程序详见附录），
对北京市水资源短缺做出预测。
一元函数线性回归方法：
回归直线方程为yˆ=bx+a,其中a,b为待定系数
图3农业用水与年份的关系
根据图像显示北京市的农业用水有逐年减少的趋势，并可以得到函数y=-0.4979*x+27.0685，得到函数的相关系数ρ=0.9746，因此本文认为所得到的函数能够较准确地反映近几年北京市的农业用水量，并推测出2009年和2010年北京市的农业用水量为10.9748（亿立方米）和10.3445（亿立方米）。
图4工业用水与年份的关系
根据图像显示北京市的工业用水有逐年减少的趋势，并可以得到函数y=-0.6258*x+14.3352，得到函数的相关系数ρ=0.9803，因此我们可以认为所得到的函数能够较准确地反映近几年北京市的工业用水量，并推测出2009年和2010年北京市的工业用水量为4.3224（亿立方米）和3.6966（亿立方米）。
图5第三产业及生活用水总量与年份的关系
根据图像显示北京市的第三产业及生活用水总量有逐年增加的趋势，并可以得到函数y1=0.4604*x+9.3858，得到函数的相关系数ρ=0.8954，因此我们可以认为所得到的函数能够较准确地反映近几年北京市的第三产业及生活用水总量，并推测出2009年和2010年北京市的第三产业及生活用水总量为16.7522（亿立方米）和17.2126（亿立方米）
图6降水量与年份的关系
由于降水量存在很大的偶然性，而北京的平均气温的逐年变化也不明显，所以在这里我们把他们分别定位随即变量和稳定变量。
我们用近十一年的降水量的平均值来作为未来两年的降水量，可得降水量为440.5727mm。
图7污水总量与年份的关系
根据图像显示北京市的污水总量有逐年增加的趋势，并可以得到函数y=x*x*x*（-0.02193）+x*x*（0.5276）+x*（-2.845）+13.44，得到函数的相关系数ρ=0.9523，因此我们可以认为所得到的函数能够较准确地反映近几年北京市的污水总量，并推测出2009年和2010年北京市的污水总量为13.1603（亿立方米）和9.8093（亿立方米）。
图10大中型水库蓄水量与年份的关系
根据图像显示可以得到函数y=1.256
-10.74
+33.91，得到函数的相关系数ρ=0.8040，因此我们可以认为所得到的函数能够较准确地反映近几年北京市的大中型水库蓄水量，并推测出2009年和2010年北京市的大中型水库蓄水量为20.274（亿立方米）和28.374（亿立方米）。
4、4以北京市水行政主管部门为报告对象，写一份建议报告：
尊敬的北京市水行政主管部门同志：
我们从自然、经济、社会等三个方面对北京市水资源短缺风险进行建模分析，通过对数据的初步处理，我们得出主要的风险因子有（影响程度依次减少）：
降水量风险因子、地下水资源风险因子、污水总量风险因子、第三产业及居民生活用水风险因子、其中，每年的降水量带来的风险最高。
根据以上分析所确定的主要风险因子，我们通过主成分分析法，分别从自然、经济、社会三方面对北京市水资源短缺风险做出风险等级划分，并利用线性回归的方法预测出未来两年北京市的水资源短缺状态仍处于中度风险等级中。
为了有效缓解北京水资源短缺问题，规避缺水风险或减少其造成的危害，根据我们建立的模型及模型预测的结果，我们提出以下建议：
1：
水利工程设施方面：
北京市蓄水、引水等水利工程技术措施与国外发达国家的城市相比还是有明显
的欠缺之处，对于此问题我们建议从时间和空间两方面进行调节：
a．时间上调节：
应该增加水库的数量和利用天然湖泊加筑控制性水工程设施，在防洪蓄水方
面充分利用水资源，达到其相应的民生价值和经济价值，以实现水资源的调
蓄和综合利用。
b．空间上调节：
尽管我们能够合理充分利用水资源，可是由于北京市经济的发展迅速，人口
总数不断增加，又不可以过度地减少工农业用水总量，北京市本地的水资源
总量仍满足不了现今北京的用水需求。
因此，我们建议实施跨流域引水，（如我国现在实施的南水北调工程），将丰水流域的水调至缺水流域，实行多流域水资源的统一开发和配置。
2：
合理开发利用地下水资源方面：
北京市对地下水资源的开发过度并已打破了正常的标准，造成了北京市地平面
下降。
因此，我们建议水行政主管部门能够制定严格的地下水利用量标准体制，已达到地下水利用的可持续性
3：
污水处理及循环使用方面：
据统计北京市每年的污水排放总量占年用水总量的相当一部分的比例，因此对
污水的处理和循环使用是相当重要的，经净化后处理后的城市污水是重要的
再生水资源。
如若能严格控制水质，其可用作为绿化用水、工业冷却水、环
境用水和农业灌溉用水等。
因此，我们建议北京水行政管理部门能够重视污
水处理工作和水资源循环利用工作，并严格控制处理后的水质。
4：
对第三产业及居民的生活用水方面我们主要建议政府部门出台相关政策去进行统筹调控，调控措施：
a.改革管理体制，实行水资源统一管理：
要从根本上理顺水资源管理体制，强化政府的管理职能。
水务局要实行政企分开、政事分开，不直接进行水的经营和水企业的管理，而是通过政策法规的制定实施对水企业监督管理。
b.制定、完善水法规，为水资源管理提供法律保障：
要修订和完善《北京市水资源管理条例》、《北京市城市节约用水条例》、《北京市取水许可制度实施细则》、《北京市水资源费征收管理办法》等法规、规章。
并且严格依照这些规章制度解决北京水资源开发利用的过程中产生的一系列问题。
5：
综合管理：
随着国家实施南水北调工程，引进外省市水资源。
届时，北京市水资源的供应
类别会相应增多，我们建议北京市水行政管理部门能够对水资源统一管理、统一
规划、统一调度，并且能够统一管理行政区域范围内的本地水与外调水，地表水
与地下水，水资源的总量与水质，城市与农村水资源，为水资源合理持续的开发
与利用提供保证体制。
希望我们的建议能对北京市水行政管理部门的工作起到一定的帮助作用，期望在
大家的共同努力下，北京市的明天会更好！
六、模型的评价
优点：
1.模型简单计算方便，与软件相结合，操作简单易懂。
2.对同一问题建立多个模型比较，使得预测结果准确性更高，具有更高的说服力。
3、将影响北京市水资源短缺风险的主要因素分为自然、经济、社会三个方面，简化了庞大的数据体系，使问题变得清晰明了。
4、在问题三种，采取一维线性方法和一维的多次模型的方法作比较，能更好的拟合数据，提高预测值的精确度。
5.预测模型经检验后精度较高数据准确，预测数据具有可信度，基本符合事实规律。
6.本模型在使用时，所需要的仅仅是之前的统计数据，就可以代入表达式，得到未来的预估，且准确度达到80%，是非常实用的模型。
缺点：
1.背景资料的筛选方法有待进一步优化和改进。
有些数据的来源不具有权威性。
2.数据处理个别难免会出现误差，有些使用了近似处理，很多采用了四舍五入的方法，所以数据有些存在一定的误差。
升级会员 