水資源短缺風(fēng)險綜合評價優(yōu)秀論文

1、<p>　　水資源短缺風(fēng)險綜合評價</p><p><b>　　摘要:</b></p><p>　　水是人類賴以生存的資源，近些年來隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和全球氣候的快速變化，水資源短缺風(fēng)險問題日益突出。政府部門希望可以得到關(guān)于水資源短缺風(fēng)險的綜合評價，并根據(jù)評價結(jié)果提出有效地應(yīng)對措施以降低風(fēng)險。本問提出了利用層次分析法確定主要風(fēng)險因子，然后根據(jù)缺水風(fēng)險的可

2、能性和水資源短缺的程度對水資源短缺風(fēng)險進行綜合評價，并作出風(fēng)險等級劃分，再對未來兩年的風(fēng)險進行預(yù)測，最后給北京水行政主管部門寫一份建議報告。</p><p>　　問題一：我們先從供水，用水等角度考慮確定出六種風(fēng)險因子（農(nóng)業(yè)用水，工業(yè)用水，第三產(chǎn)業(yè)及生活等其他用水，水資源總量，降水量，常住人口），然后從客觀分析和主觀分析兩方面考慮，使用層次分析法確定出六種風(fēng)險因子的權(quán)重，最后我們選取權(quán)重大的的風(fēng)險因子作為主要風(fēng)險因

3、子。</p><p>　　問題二：我們認(rèn)為水資源短缺風(fēng)險包含水資源短缺程度所決定的。水資源短缺程度越大，那么風(fēng)險就越高。再根據(jù)評價結(jié)果劃分出風(fēng)險的五個等級為：低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中風(fēng)險、較高風(fēng)險、高風(fēng)險，最后給出對于主要風(fēng)險因子應(yīng)該如何進行調(diào)控使得風(fēng)險達到最小。</p><p>　　在問題三：首先需要根據(jù)歷史數(shù)據(jù)擬合和預(yù)測出影響風(fēng)險的六個風(fēng)險因子各自的值，然后運用問題二中德模型對北京未來兩年

4、水資源的短缺風(fēng)險進行預(yù)測。 </p><p>　　問題四：以北京市水行政主管部門為對象寫一份建議報告，在建議中分析北京市水資源短缺存在的風(fēng)險，并給出相應(yīng)的應(yīng)對措施，以供政府部門作出科學(xué)的決策。</p><p>　　關(guān)鍵詞：層次分析法，Matlab，函數(shù)擬合，風(fēng)險等級劃分。</p><p><b>　　問題重述:</b></p>&

5、lt;p>　　水資源，是指可供人類直接利用，能夠不斷更新的天然水體。主要包括陸地上的地表水和地下水。</p><p>　　風(fēng)險，是指某一特定危險情況發(fā)生的可能性和后果的組合。</p><p>　　水資源短缺風(fēng)險，泛指在特定的時空環(huán)境條件下，由于來水和用水兩方面存在不確定性，使區(qū)域水資源系統(tǒng)發(fā)生供水短缺的可能性以及由此產(chǎn)生的損失。</p><p>　　近年來，我

6、國、特別是北方地區(qū)水資源短缺問題日趨嚴(yán)重，水資源成為焦點話題。</p><p>　　以北京市為例，北京是世界上水資源嚴(yán)重缺乏的大都市之一，其人均水資源占有量不足300m3，為全國人均的1/8，世界人均的1/30，屬重度缺水地區(qū)，附表中所列的數(shù)據(jù)給出了1979年至2000年北京市水資源短缺的狀況。北京市水資源短缺已經(jīng)成為影響和制約首都社會和經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。政府采取了一系列措施, 如南水北調(diào)工程建設(shè), 建立污水處

7、理廠,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等。但是，氣候變化和經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，水資源短缺風(fēng)險始終存在。如何對水資源風(fēng)險的主要因子進行識別，對風(fēng)險造成的危害等級進行劃分，對不同風(fēng)險因子采取相應(yīng)的有效措施規(guī)避風(fēng)險或減少其造成的危害，這對社會經(jīng)濟的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施具有重要的意義。</p><p>　　《北京2009統(tǒng)計年鑒》及市政統(tǒng)計資料提供了北京市水資源的有關(guān)信息。利用這些資料和你自己可獲得的其他資料，討論以下問題：</p

8、><p>　　評價判定北京市水資源短缺風(fēng)險的主要風(fēng)險因子是什么？</p><p>　　影響水資源的因素很多,例如：氣候條件、水利工程設(shè)施、工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)用水、管理制度，人口規(guī)模等。</p><p>　　2建立一個數(shù)學(xué)模型對北京市水資源短缺風(fēng)險進行綜合評價， 作出風(fēng)險等級劃分并陳述理由。對主要風(fēng)險因子,如何進行調(diào)控，使得風(fēng)險降低？</p><p>

9、　　3 對北京市未來兩年水資源的短缺風(fēng)險進行預(yù)測，并提出應(yīng)對措施。</p><p>　　4 以北京市水行政主管部門為報告對象，寫一份建議報告。</p><p><b>　　基本假設(shè):</b></p><p>　　題中和我們所查到的數(shù)據(jù)都是真實可靠的。</p><p>　　在未來兩年內(nèi)不會發(fā)生地震，干旱，水災(zāi)等嚴(yán)重自然災(zāi)害

10、。</p><p>　　每一年的相同風(fēng)險因子之間存在一定的關(guān)系（可能是函數(shù)，也可能是走勢）。</p><p><b>　　符號說明：</b></p><p>　　Ti: i為1,2,3,4,5,6時分別指的是農(nóng)業(yè)用水，工業(yè)用水，第三產(chǎn)業(yè)及生活等其他用水，水資源總量，降水量，常住人口得加權(quán)系數(shù)。</p><p>　　Yj

11、： 代表每一年的水資源總量，j可以去1,2……30，分別代表從1979年到2008年</p><p>　　Zj： 代表每一年的用水資源總量，j可以去1,2……30，分別代表從1979年到2008年</p><p>　　Mj： 代表每一年的缺水程度，j可以去1,2……30，分別代表從1979年到2008年。</p><p>　　Mj1： 代表修正后缺水程度，j

12、可以去1,2……30，分別代表從1979年到2008年。</p><p>　　Yt： t取1,2,3分別代表農(nóng)業(yè)，工業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)的用水量。</p><p>　　Xt： t取1,2,3分別代表農(nóng)業(yè)，工業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)的相應(yīng)年份。</p><p><b>　　5.問題分析：</b></p><p>　　問題一：我們認(rèn)為影

13、響水資源的風(fēng)險因子有農(nóng)業(yè)用水，工業(yè)用水，第三產(chǎn)業(yè)及生活等其他用水，水資源總量，降水量，常住人口。我們運用層次分析法得出個因數(shù)的比例系數(shù)。最后以比例系數(shù)大的作為主要的風(fēng)險因子。</p><p>　　問題二：對于風(fēng)險的評估我們分為兩個方面。一是發(fā)生缺水可能性的大小，發(fā)生的可能性越大這說明風(fēng)險越大。二是指缺水的程度，缺水程度越大著風(fēng)險越大。綜合這兩方面的大小，再結(jié)合問題一的比例系數(shù)。我們可以得出缺水風(fēng)險的大小。再進行相

14、應(yīng)的等級劃分。</p><p>　　在問題三：首先需要根據(jù)歷史數(shù)據(jù)擬合和預(yù)測出影響風(fēng)險的六個風(fēng)險因子各自的值，然后運用問題二中德模型對北京未來兩年水資源的短缺風(fēng)險進行預(yù)測。 </p><p>　　問題四：以北京市水行政主管部門為對象寫一份建議報告，在建議中分析北京市水資源短缺存在的風(fēng)險，并給出相應(yīng)的應(yīng)對措施，以供政府部門作出科學(xué)的決策。</p><p>　　6模型的

15、建立和求解：</p><p>　　6.1問題一模型的建立與解答：</p><p>　　6.1.1構(gòu)造判斷矩陣：</p><p>　　根據(jù)每兩個指標(biāo)的相互重要性，確定出每兩者之間重要性的比值。得到的矩陣如下：</p><p><b>　　? ? ? ?</b></p><p>　　6.1.2判斷矩陣

16、的計算：</p><p>　　我們用matlab 軟件求解出最大特征根max =6.1857，所對應(yīng)的特征向量</p><p>　　A =(0.3965,0.1560,0.0748,0.4006,0.1925)。</p><p>　　6.1.3一致性檢驗：</p><p>　　計算出CI= =0.1857/5=0.037。</p>

17、;<p>　　RI=1.24。 (CI/RI)<0.1。</p><p><b>　　通過一致性檢驗。</b></p><p>　　將加權(quán)系數(shù)歸一化得：</p><p>　　A= (0.1978,0.0778,0.0373,0.1998,0.00960,0.3913) 。</p><p>　　所以

18、T1=0.1978 T2=0.0778 T3=0.0373 </p><p>　　T4=0.1998 T5=0.0096 T6=0.3913</p><p>　　所以得出農(nóng)業(yè)用水，水資源總量和人口數(shù)量是主要的風(fēng)險因子。</p><p>　　6.2問題二模型的建立和解答：</p><p>　　6.2.1缺水程度的計算。&

19、lt;/p><p>　　Mj=（Zj-Yj）/Zj 。</p><p>　　可以得到每年的缺水程度如下：</p><p>　　6.2.2缺水程度的修正：</p><p>　　我們將缺水程度全部轉(zhuǎn)化為正值且原缺水程度越大的的得到的修正后的缺水程度值也越大。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)化公式如下：</b&g

20、t;</p><p>　　Mj1=（Mj-Mjmin）/（Mjmax-Mjmin）。</p><p>　　轉(zhuǎn)化后的缺水程度數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　6.2.3風(fēng)險程度的劃分:</p><p>　　我們將風(fēng)險劃分為低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中風(fēng)險、較高風(fēng)險、高風(fēng)險五個等級。</p><p><b>　　每種風(fēng)險的

21、范圍</b></p><p>　　6.2.4得出上面各年份的風(fēng)險程度:</p><p>　　6.2.5對于主要風(fēng)險因子的調(diào)控：</p><p>　　考慮到影響北京缺水的主要風(fēng)險因子有農(nóng)業(yè)用水，水資源總量，人口數(shù)目。</p><p><b>　　農(nóng)業(yè)用水的建議：</b></p><p>

22、　　我們可以適當(dāng)?shù)母淖円幌罗r(nóng)業(yè)用水的模式，例如：改進田間灌水方法與技術(shù)：對量大面廣的地面灌溉區(qū)，平整土地，縮小地塊，改進溝畦尺寸規(guī)格，控制入溝畦流量；在低壓管道輸水灌區(qū)，采用“小白龍”薄膜塑料管等簡易田間管道灌溉方法；在水田地區(qū)，推行水稻“淺、濕、曬”控制灌溉技術(shù)；在大田旱作物地區(qū)，推行澆關(guān)鍵水非充分灌溉技術(shù)；在不具備發(fā)展常規(guī)灌溉的地方，推行半機械化、畜力、人力等多種形式的注水抗旱播種保苗技術(shù)；在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)、城市郊區(qū)、經(jīng)濟作物種植區(qū)，

23、逐步推廣噴灌、滴灌、微噴灌等技術(shù)。耕作栽培與生物節(jié)水技術(shù)：采用深翻松土，耙耱保墑，增施有機肥，改善土壤結(jié)構(gòu)等方法提高土壤蓄水能力；推廣少耕、免耕方法，秸桿覆蓋、地膜覆蓋、間作套種等方法，增強土壤保墑能力；施用“旱地龍”等生物抗旱劑和土壤保水劑，減少土壤和農(nóng)作物水分無效蒸發(fā)。以達到節(jié)約用水的目的。</p><p>　　采用南水北調(diào)以達到加大農(nóng)業(yè)灌溉面積，滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水的目的。</p><p&

24、gt;<b>　　2.水資源總量：</b></p><p>　　繼續(xù)開展污水資源化、雨洪利用的研究和應(yīng)用。把城市污水排放規(guī)劃管理、污水處理廠建設(shè)、再生污水利用三個環(huán)節(jié)綜合起來，全面規(guī)劃考慮，實現(xiàn)污水資源化。收集和利用城市雨洪，既可防治雨洪災(zāi)害，緩解城市雨洪壓力；同時又增加了可用水資源，并可通過回灌補給蓄養(yǎng)地下水。以此來加強水資源的儲存總量。</p><p><b

25、>　　3.人口總量：</b></p><p>　　對于全國在以后增量的各種資源中，不能再大量集中在中心城市，而要向中小城市傾斜，重點發(fā)展中小城市，縮小中小城市在教育、醫(yī)療等方面與中心城市的差距，通過建立高屋建瓴的公共政策，使得人才、教育、醫(yī)療等資源不再集中于大城市?！皣壕融w”，分散資源，提升其他城市的品質(zhì)，這樣就能減少北京等大城市的人口，一次來減小人口過大帶來的壓力。</p>&

26、lt;p><b>　　6.3問題三：</b></p><p>　　6.3.1我們采用擬合的方法得出2009和2010年的總用水量和水資源總量。</p><p>　　對于總用水量我們采用直接擬合和間接擬合兩種方法。然后進行對比和數(shù)據(jù)的修正。得出符合實際的數(shù)據(jù)。</p><p>　　6.3.2總用水量的擬合：</p><p

27、>　　6.3.2.1直接擬合：</p><p><b>　　圖形如下：</b></p><p>　　6.3.2.2間接擬合：</p><p><b>　　圖形如下：</b></p><p><b>　　農(nóng)業(yè)用水：</b></p><p>　　Y1=

28、0.0006*x1.^2+（-24.4521*x1）+2.4888；</p><p><b>　　工業(yè)用水：</b></p><p>　　Y2=-0.0199*x2.^2+（78.9436*x2）+-7.839；</p><p><b>　　第三產(chǎn)業(yè)用水：</b></p><p>　　Y3=0.00

29、4*x3.^2+（-15.5358*x3）+1.5047；</p><p>　　總用水量=農(nóng)業(yè)用水+工業(yè)用水+第三產(chǎn)業(yè)用水。</p><p>　　6.3.3水資源總量的擬合：</p><p><b>　　圖形如下：</b></p><p>　　運用第二問的模型我們可以得出2009和2010年的風(fēng)險程度和風(fēng)險等級為：<

30、;/p><p><b>　　6.4問題四：</b></p><p>　　關(guān)于如何降低北京市水資源風(fēng)險的報告 </p><p>　　北京市水行政主管部門： </p><p>　　你們好！我們通過對北京市農(nóng)業(yè)用水，工業(yè)用水，第三產(chǎn)業(yè)及生活用水，水資源總量，降水量和人口規(guī)模的分析研究，確定出人口規(guī)模，水資源總量和農(nóng)業(yè)用水為造成水資

31、源短缺風(fēng)險的主要風(fēng)險因子。然后我們從風(fēng)險造成的后果進行水資源短缺綜合評價，最后將風(fēng)險等級劃分為五級，可以看出我們應(yīng)該盡量控制人口和節(jié)約農(nóng)業(yè)用水，加強水資源總量的儲備，以達到降低北京市缺水風(fēng)險的程度。</p><p>　　一、加強水資源的合理調(diào)度，完善了相關(guān)體制和機構(gòu)建設(shè)： </p><p>　　1．加強地下水環(huán)境保護，建立完善的地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。一是嚴(yán)格執(zhí)行地下水保護條例，堅決控制地下水

32、的開采。今后，在地下水超采區(qū)、海水入侵區(qū)、城市管網(wǎng)區(qū)和地下水水質(zhì)受到污染地區(qū)一律停止審批地下水，在其他地區(qū)也要嚴(yán)格限制開采地下水。對非法盜采地下水，要堅決予以打擊，特別要打擊在工業(yè)園區(qū)、開發(fā)區(qū)和管網(wǎng)區(qū)內(nèi)偷打地下井行為，更不能違規(guī)審批新的地下水取水工程。省水利廳將加大監(jiān)察力度，發(fā)現(xiàn)一起，查處一起，并向全省通報，堅決杜絕私打亂采地下水現(xiàn)象，保護好地下水資源。二是采取強制性措施，大力推進地下水超采區(qū)、海侵區(qū)和管網(wǎng)區(qū)的綜合治理。對目前已經(jīng)開采的

33、地下水，逐步削減開采量；對能夠利用水利工程和城市自來水替代的，有計劃地關(guān)閉地下水井。</p><p>　　2．污水資源的再利用。 第一，工業(yè)用水的回用，經(jīng)處理的污水可用于非飲用水的其他用水途徑。第二，居民及社區(qū)的非飲用水回用，對居民來說，污水回用可以用于沖洗馬桶，澆花園，洗車，清洗等用途。第三，間接飲用水循環(huán)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砜沙蔀榭娠嬘盟?。第四，直接用水的循環(huán)利用。</p><p>　　3

34、．應(yīng)建立外來水源、如南水北調(diào)工程。本地水源相互協(xié)調(diào)的供水網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)本地地表水源與外來水源的聯(lián)合調(diào)蓄、地下水與地表水的聯(lián)合調(diào)蓄，提高北京城市供水安全保證程度，支持城市可持續(xù)發(fā)展。 </p><p>　　4．為保證城市供水安全，應(yīng)科學(xué)地適度增加地下水開采量，合理開發(fā)利用。對已確定的應(yīng)急供水水源地應(yīng)盡快投入勘探和開發(fā)工作，對其它地區(qū)繼續(xù)開展調(diào)查工作，尋找新的后備應(yīng)急水源。 </p><p>　　

35、二、使有關(guān)單位及市民注意節(jié)約用水，提高用水效率： </p><p>　　1．通過宣傳加強民眾和單位的節(jié)水意識，另一方面有關(guān)部門需要采取一些有力的甚至是強制性的節(jié)水措施。例如，繼續(xù)努力提高用水效率，縮小與世界平均用水水平的差距；鼓勵清潔生產(chǎn)、節(jié)水生產(chǎn)，實行定額用水制度；還有，要根據(jù)各地的不同情況，適時、適度地提高水價，逐步改變水價格背離其價值的情況。 </p><p>　　2．節(jié)約用水是當(dāng)務(wù)

36、之急也是長遠發(fā)展戰(zhàn)略方針，在優(yōu)先保證城市生活和重點工業(yè)供水的前提下，在無法滿足需水時，適度壓縮農(nóng)業(yè)用水。加強工業(yè)、農(nóng)業(yè)節(jié)水力度，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展節(jié)水型工業(yè)、農(nóng)業(yè)。把節(jié)約用水納入城市發(fā)展規(guī)劃，納入產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整計劃和技術(shù)及企業(yè)改造計劃，使在城市和工業(yè)部門中逐步做到計劃用水、合理用水和科學(xué)用水。 </p><p>　　3. 可以通過行政法的手段禁止容易出現(xiàn)跑、冒、滴、漏的用水裝置的生產(chǎn)和使用，現(xiàn)今我國已有相應(yīng)的標(biāo)

37、準(zhǔn)。再如對于漏水的控制，毫無疑問，漏水企業(yè)將承擔(dān)更多水費支出，但這并不足夠，還必須通過行政執(zhí)法部門，對用水單位的用水管道和裝置進行定期檢查或抽查，發(fā)現(xiàn)跑、冒、滴、漏水現(xiàn)象及時予以糾正和處罰。</p><p><b>　　7.模型的檢驗：</b></p><p>　　我們查閱相關(guān)數(shù)據(jù)得出2009和2010年的相應(yīng)數(shù)據(jù)，與我們得出的數(shù)據(jù)進行比較如下：</p>

38、<p><b>　　7.1擬合的數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　7.2查閱到的數(shù)據(jù)：</p><p>　　7.3數(shù)據(jù)誤差分析：</p><p>　　缺水程度誤差=|擬合數(shù)據(jù)得到的缺水程度-查閱數(shù)據(jù)得到的缺水程度|/查閱數(shù)據(jù)得到的缺水程度。</p><p>　　所以本模型具有很好的準(zhǔn)確性，能夠較好的預(yù)測未來

39、幾年的缺水情況。</p><p>　　8.模型有缺點的分析</p><p><b>　　8.1模型的優(yōu)點：</b></p><p>　　本模型能夠比較直觀的反應(yīng)出隔年的缺水情況（即缺水的風(fēng)險等級）。</p><p>　　本模型對未來幾年的缺水情況能夠較為準(zhǔn)確的進行預(yù)測。</p><p><b

40、>　　8.2模型的缺點：</b></p><p>　　本模型沒有考慮到每一年發(fā)生缺水情況的概率，此處需要加以改進。</p><p><b>　　9.參考文獻：</b></p><p>　　[1]姜啟源，數(shù)學(xué)模型，北京：高等教育出版社，1998</p><p>　　[2]西北工業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)建模指導(dǎo)委員會，數(shù)

41、學(xué)建模簡明教程，2008</p><p><b>　　10.附錄：</b></p><p><b>　　10.1程序：</b></p><p>　　10.1.1問題一：</p><p>　　10.1.2問題三：</p><p><b>　　農(nóng)業(yè)用水：</b&g

42、t;</p><p>　　a=polyfit(x,y,2);Warning: Polynomial is badly conditioned. Add points with distinct X values, reduce the degree of the polynomial, or try centering and scaling as described in

43、HELP POLYFIT. > In polyfit at 80>> x1=linspace(1979,2008,30);>> y1=a(1)*x1.^2+a(2)*x1+a(3);>> plot(x,y,'o')>> hold on>> plot(x1,y1,'r')>> legend('數(shù)據(jù)點'

44、,'擬合函數(shù)')</p><p><b>　　工業(yè)用水：</b></p><p>　　a=polyfit(x,y,2);Warning: Polynomial is badly conditioned. Add points with distinct X values, reduce the degree of the polyn

45、omial, or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. > In polyfit at 80>> x1=linspace(1979,2008,30);>> y1=a(1)*x1.^2+a(2)*x1+a(3);>> plot(x,y,'o')>> hold on&

46、gt;> plot(x1,y1,'r')>> legend('數(shù)據(jù)點','擬合函數(shù)')</p><p><b>　　第三產(chǎn)業(yè)：</b></p><p>　　a=polyfit(x,y,2);Warning: Polynomial is badly conditioned. Add points wi

47、th distinct X values, reduce the degree of the polynomial, or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. > In polyfit at 80>> x1=linspace(1979,2008,30);>> y1=a(1)*x1.^2+a(

48、2)*x1+a(3);>> plot(x,y,'o')>> hold on>> plot(x1,y1,'r')總用水量：</p><p>　　xx=1979:1:2008;xx=1979:0.05:2008;yy = spline(x,y,xx);plot(x,y,'o',xx,yy);grid on水資源總量：