我國水資源分布及其現(xiàn)狀的分析

1、 學 號：hebei united university多元統(tǒng)計分析論文 論文題目：對我國水資源分布及其現(xiàn)狀的分析 -基于主成分分析和聚類分析學生姓名:專業(yè)班級： 學 院：指導教師： 2014年12月 12 日摘要：水資源是人類賴以生存的資源，近年來，隨著經(jīng)濟的增長，人們對于水的需求越來越大，而水資源總量在不斷減少，我國大部分地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了水資源不足的現(xiàn)象，局部地區(qū)水資源極度缺乏，這警示我們需要防患于未然，對我國水資源基本情況進行了解，據(jù)此，本文將對我國的水資源分布及其現(xiàn)狀進行分析。 本文主要采用多元統(tǒng)計分析中的主成分分析和聚類分析的分析方法，借助于spss軟件，初步了解影響水資源的因素，尋找

2、所得因素在我國各個省市中的數(shù)據(jù)，進行分析，通過分析結(jié)果來了解我國的水資源在我國各個省市的分布情況及其現(xiàn)狀，進一步給出針對我國水資源分布及其現(xiàn)狀的合理意見及建議。關鍵詞：水資源 分布及現(xiàn)狀 省市 主成分分析 聚類分析 abstract:water is the survival of human resources.recently,as the growth of the economy,peoples of demand for water is growing.however,the number of water is becoming less and less.most areas

3、in china has appeared the phenomenon of insufficient water resources.moreover，some areas extreme lack of water resources,which warn us need to nip in the bud to understand the basic water resources situation in our country.on the basis of it this article will analyze the distribution of water resour

4、ces and its status of our country.this article,mainly adoptingprincipal component analysis and cluster analysis in multivariate statistical analysis,with the aid of spss software,preliminary understanding of the influencing factors of water resources.finding the factors of data in various provinces

5、and cities in our country,and then,analyzing.by analyzing the results to get to know the distribution of our countrys water resources and its present situation in various provinces and cities in our country,eventually,we will give reasonable opinions and suggestions ,aiming at the distribution of ou

6、r countrys water resources and its present situation.目錄摘要-（i）abstract-（ii）1. 引言-（1）2. 研究對象-（1）3. 數(shù)據(jù)分析-（2） 3.1描述性統(tǒng)計分析-（2） 3.2主成份分析-（4） 3.3聚類分析-（8）4.結(jié)論-（10） 對我國水資源分布及其現(xiàn)狀的分析 -基于主成分分析和聚類分析1引言水是人類賴以生存的資源，在人類的生產(chǎn)生活中必不可少。我國是一個嚴重缺水的國家，且水資源區(qū)域分布不均。據(jù)統(tǒng)計我國的淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，然而人均水資源總量只有2300立方米，僅為世界平均水平的1/

7、4,在世界排名中占地121位。因此，深刻剖析其現(xiàn)狀，尋求保護以及充分利用水資源的有效之法刻不容緩。水資源的水量、水質(zhì)以及可持續(xù)利用性等等，關系著國民的日常生活。而在對水資源的分析過程中，影響因素種類繁多，若就其單一因素對我國的水資源現(xiàn)狀進行分析，結(jié)果必定會存在著很大的誤差。本文將從影響水資源的眾多指標中，選取最具代表性，最具科學的指標，運用多元的知識（主成分分析，因子分析）進行分析，得出我國的水資源現(xiàn)狀。2研究對象由于在水資源的影響因素中,地表水量，地下水量，重復計算量，水資源總量，年產(chǎn)水模數(shù)，年降水量，年徑流深，年降水總量，年徑流量等8個指標影響意義極為重大。因此，本文將采用上述指標在18個

8、省市中的數(shù)據(jù)為樣本，分析我國的水資源現(xiàn)狀。水資源在各個地區(qū)的分布有一定的差異，我們從歷年的數(shù)據(jù)中，找到了我們關于上述變量的數(shù)據(jù)如下城市地表水量（立方米）地下水量（立方米）重復計算量（立方米）水資源總量（立方米）年產(chǎn)水模數(shù)（立方米/公里）年降水量（毫米）年徑流深（毫米）年降水總量（立方米）年徑流量（立方米）北京25.326.210.740.824.29625150.610525.3天津10.85.8214.612.91604.295.568.310.8河北167145.875.9236.912.62550.9891034167山西11594.666.1143.59.18531.873.68311

9、15內(nèi)蒙古371248.3112.656.74.39275.932.23183371遼寧325105.567.3363.224.96687.3223.41000325上海18.6123.726.943.491052.5300.765.118.6江蘇249115.338.9325.431.88996.3243.91017249安徽617166.6106.8676.848.491139.2442.11590617江西1416322.6316.21422.485.081591.184726601416河南311198.9102.2407.724.41772.5186.21290311湖北946291

10、.3256.1981.252.781165.1508.92166946廣東2111545.9522.82134.1100.661772.1995.737572111四川3131801.6798.83133.855.211037.5551.658893131貴州1035258.9258.9103558.761188.9587.620941035云南2221738738222157.861256.7578.648242221西藏44821094.31094.3448237.31593.7373.171324482青海623258.1254.9626.28.66285.586.220646233數(shù)據(jù)

11、分析3.1描述性統(tǒng)計分析根據(jù)上面的原始數(shù)據(jù)，下面我們運用spss軟件進行描述性統(tǒng)計分析，由描述性統(tǒng)計過程得到：描述統(tǒng)計量n極小值極大值均值標準差地表水量1810.804482.001009.70561239.39670地下水量185.801094.30301.6500302.13680重復計算量182.001094.30268.1222316.96481水資源總量1814.604482.001018.23331239.72957年產(chǎn)水模數(shù)184.39100.6638.496726.89184年降水量18275.901772.10895.9000418.01330年徑流深1832.20995.7

12、0353.6611279.02111年降水總量1865.107132.002264.96672016.69720年徑流量1810.804482.001009.70561239.39670有效的 n （列表狀態(tài)）18 由上表可以看到上述9個指標中，樣本的極大值和極小值均存在著較大差異，這表明我國的水資源在各省市中存在著時空分布不均的現(xiàn)象。再看表中的極小值，地下水量，年產(chǎn)水模數(shù)的極小值僅為5.80和4.39，可見我國局部地區(qū)水資源緊缺現(xiàn)象嚴重。其中，地表水量，降水總量，年降水總量標準差顯著偏高，表明我國的水資源地區(qū)分布嚴重不平衡。 為了更好的說明問題，我們運用spss對上述數(shù)據(jù)進行相關性檢驗相關矩

13、陣地表水量地下水量重復計算量水資源總量年產(chǎn)水模數(shù)年降水量年徑流深年降水總量年徑流量相關地表水量1.000.980.986.998.491.299.546.9551.000地下水量.9801.000.993.974.422.237.485.982.980重復計算量.986.9931.000.982.451.265.513.963.986水資源總量.998.974.9821.000.505.321.558.938.998年產(chǎn)水模數(shù).491.422.451.5051.000.961.991.399.491年降水量.299.237.265.321.9611.000.936.206.299年徑流深.54

14、6.485.513.558.991.9361.000.470.546年降水總量.955.982.963.938.399.206.4701.000.955年徑流量1.000.980.986.998.491.299.546.9551.000 由上表可知，部分指標之間的相關系數(shù)很大，表明這些變量存在著某些相關性，例如地表水量和地下水量的相關系數(shù)為0.980，這說明地表水量和地下水量存在著較強的關聯(lián)性。而實際上我們也知道，地表水量在很大程度上受地下水量的影響。因此有必要對這9個變量進行降維處理。3.2主成分分析 考慮到上述指標之間的相關性較大，在此，我們構(gòu)造新的衡量指標衡量城市的水資源量，對此我們進行

15、主成分分析，其分析結(jié)果如下表所示：解釋的總方差成份初始特征值提取平方和載入合計方差的 %累積 %合計方差的 %累積 %16.74274.91074.9106.74274.91074.91022.12423.59998.5092.12423.59998.5093.077.85499.3644.033.37099.7335.017.18899.9216.004.04799.9697.002.02599.9948.001.006100.00092.946e-163.273e-15100.000提取方法：主成份分析。 由上表可知，前兩個主成分的累積貢獻值達到了98.509%90%，因此我們選擇前兩個主

16、分量。成份矩陣a成份12地表水量.972-.218地下水量.952-.288重復計算量.960-.257水資源總量.972-.197年產(chǎn)水模數(shù).670.740年降水量.502.855年徑流深.719.686年降水總量.929-.302年徑流量.972-.218提取方法 :主成分分析法。a. 已提取了 2 個成份。我們知道上表是因子荷載陣，而不是主成份的系數(shù)矩陣，我們將上表轉(zhuǎn)化成主成分系數(shù)矩陣，將上表中的第i列的每個元素分別除以第i個特征根的平方根，得到結(jié)果如下表所示主成份的系數(shù)矩陣f1f2x10.374-0.150x20.367-0.198x30.370-0.176x40.374-0.135x

17、50.2580.508x60.1930.587x70.2770.471x80.358-0.207x90.374-0.150由此，我們可以得到如下結(jié)果：f1=0.374x1+0.367x2+0.370x3+0.374x4+0.258x5+0.193x6+0.277x7+0.358x8+0.374x9f2=-0.150x1-0.198x2-0.176x3-0.135x4+0.508x5+0.587x6+0.471x7-0.207x8-0.150x9根據(jù)上表，我們可看出2個新變量和9個原始變量的關系，其中第一主成份包含地表水量，地下水量，重復計算量，水資源總量，年降水總量，年徑流量；第二主成份包含年

18、產(chǎn)水模數(shù)，年降水量。根據(jù)上述變量的樣本數(shù)據(jù)我們利用spss計算其z得分如下表所示：z地表水量z地下水量z重復計算量z水資源總量z年產(chǎn)水模數(shù)z年降水量z年徑流深z年降水總量z年徑流量-0.794-0.912-0.812-0.788-0.528-0.648-0.728-1.071-0.794-0.806-0.979-0.84-0.81-0.951-0.698-0.925-1.089-0.806-0.68-0.516-0.606-0.63-0.962-0.825-0.949-0.61-0.68-0.722-0.685-0.637-0.706-1.09-0.871-1.004-0.711-0.722-

19、0.515-0.177-0.491-0.776-1.268-1.483-1.1520.455-0.515-0.552-0.649-0.634-0.528-0.503-0.499-0.467-0.627-0.552-0.8-0.959-0.834-0.80.1860.375-0.19-1.091-0.8-0.614-0.617-0.723-0.559-0.2460.24-0.393-0.619-0.614-0.317-0.447-0.509-0.2750.3720.5820.317-0.335-0.3170.3280.0690.1520.3261.7321.6631.7680.1960.328-

20、0.564-0.34-0.523-0.492-0.524-0.295-0.6-0.483-0.564-0.051-0.034-0.038-0.030.5310.6440.556-0.049-0.0510.8890.8080.8030.92.3122.0962.3010.740.8891.7121.6551.6741.7060.6220.3390.7091.7971.7120.02-0.141-0.0290.0140.7540.7010.838-0.0850.020.9771.4441.4820.970.720.8630.8061.2690.9772.8022.6232.6072.794-0.0

21、44-0.7230.072.4132.802-0.312-0.144-0.042-0.316-1.11-1.46-0.959-0.1-0.312根據(jù)兩個主成份的累積貢獻率得到各權(quán)重分配如下：f=74.910f1+23.599f2由此再根據(jù)各城市相關數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換得到因子得分表如下表所示：f1f2北京-2.37013-0.101723天津-2.60208-0.410254河北-2.046526-0.795806山西-2.273154-0.831052內(nèi)蒙古-1.69165-1.77072遼寧-1.663037-0.161639上海-1.8809781.135626江蘇-1.5098980.4680

22、21安徽-0.5161641.059577江西1.776552.465369河南-1.455411-0.226988湖北0.3218540.952565廣東3.4985392.645927四川4.211007-0.889295貴州0.489241.231944云南3.2017470.01849西藏5.800436-3.10925青海-1.289551-1.679725根據(jù)因子得分表，從而，我們可以得到各個省市的綜合評價值如下：省市綜合評價值排名西藏361.13551廣東324.51682四川294.46013云南240.27924江西191.26165貴州65.721616湖北46.58966

23、7安徽-13.66098江蘇-102.0629上海-114.10410河南-114.38211遼寧-128.39312青海-136.2413內(nèi)蒙古-168.50914河北-172.08515北京-179.94716山西-189.89417天津-204.60318由最后結(jié)果可知，從整體上看，我國東南部水資源量高于其他地區(qū)，而局部分析數(shù)據(jù)，可以看出，我國西藏地區(qū)水資源量最為充足，廣東，四川等地局于后位。而北京，天津，山西，內(nèi)蒙古等地出現(xiàn)了嚴重的缺水現(xiàn)象。根據(jù)以上分析過程，我們可以看出，我國的水資源總量不足，地區(qū)分布步不均，部分地區(qū)出現(xiàn)了極度缺水的現(xiàn)象，水資源短缺現(xiàn)象已經(jīng)成為我國面臨的重大問題。 接

24、下來，我們運用聚類分析，對問題做進一步的說明。3.3聚類分析利用spss對各個省市之間進行聚類分析，以此進行指標的重要性的評判， 我們采用組間聯(lián)接的聚類方法，以歐式距離為判斷標準，進行分析，下面是我們的分析過程：聚類表如下：聚類表階群集組合系數(shù)首次出現(xiàn)階群集下一階群集 1群集 2群集 1群集 2134.07000521215.1570083611.190006412.227005513.583419668.5933097518.86700138912.94502149161.28756111014162.274001511172.51290131210133.033001513154.0601

25、171414197.4751381615101411.6071210161611027.6251415171711755.0951600得到樹狀圖如下： c a s e 0 5 10 15 20 25 label num +-+-+-+-+-+ 北京 1 -+ 天津 2 -+ 上海 7 -+-+ 河北 3 -+ | 山西 4 -+ | 遼寧 6 -+ | 河南 11 -+ | 江蘇 8 -+ +-+ 湖北 12 -+ | | 貴州 15 -+ | | 安徽 9 -+-+ | | 青海 18 -+ +-+ | | 江西 10 -+ +-+ | 內(nèi)蒙古 5 -+ | 廣東 13 -+-+ | 云南

26、 16 -+ +-+ | 四川 14 -+ +-+ 西藏 17 -+由分析所得，我們可以看出，在閾值選取為10的情況下，我們可以將樣本分為三類，第一類為西藏，第二類為廣東，云南，四川，第三類為背景，天津，上海，河北，山西，遼寧，河南，江蘇，湖北，貴州，青海，江西，內(nèi)蒙古?？梢?，我國的水資源分布極其不均，大部分地區(qū)水資源處于貧乏狀態(tài)，僅西藏地區(qū)水資源較為充足。我們可以看出，西藏的地表水量為4482，地下水量為1094.3，年降水總量為7132.00，年徑流量為4482.00，這些指標在西藏地區(qū)的數(shù)據(jù)都明顯高于其他地區(qū)?？梢?，在水資源的分布影響因素中，這些指標占據(jù)了重要的位置。在第二類中，廣東，云

27、南，四川，而上述指標在這些地區(qū)的數(shù)據(jù)趨于中間水平，說明，我國少數(shù)地區(qū)水資源比較充足，其水資源量雖不能比及西藏，但水資源較為豐富，一定程度上能滿足人們的生產(chǎn)和生活。由此可見，我國少數(shù)地區(qū)水資源可以滿足自身的地區(qū)需求。我國大部分省市都位于第三類。這些地區(qū)在上述指標中數(shù)據(jù)較小，明顯可以看出，這些地區(qū)的水資源較少，甚至有些地區(qū)表現(xiàn)出來了季度的匱乏，如山西，天津等地。通過以上分析，我們可以看出，我國大部分地區(qū)表現(xiàn)出了水資源不足，僅少數(shù)地區(qū)水資源較為豐富。我國的水資源短缺，地區(qū)分布不均現(xiàn)象顯而易見。這與我們在之前的主成分分析中得到的結(jié)果一致。 4意見及建議通過以上分析，我們得到的最終結(jié)果，了解到我國水資源

28、緊缺，地區(qū)分布不均現(xiàn)象嚴重。因此，在我國的經(jīng)濟發(fā)展過程中，我們必須時刻謹記以水資源保護為前提，杜絕水資源浪費現(xiàn)象。對此，我們給出以下幾點建議：（1） 加強宣傳，強化資源意識 （2） 建立健全地下水管理保護的制度體系（3） 統(tǒng)一管理，實行水權(quán)制度改革 （4） 加強防治，改善水資源環(huán)境（5） 節(jié)約用水，減少人為浪費（6） 堅持治理水污染，加強水環(huán)境保護 水資源保護是全民共同的責任和使命，水資源與國民生活息息相關，與我們生活的方方面面有著千絲萬縷的聯(lián)系，我們必須以水資源保護為己任，全民共同行動。這樣，我們的生活才能更加美好，幸福。參考文獻：【1】 何曉群 多元統(tǒng)計分析 出版地：中國人民大學出版社 2011-7 第六章228-237 第七章265-273【2】 武寶志、張孝榮、高宏 開展水資源的探討 吉林省水文水資源局 2010-3 25卷4期1335-1479【3】 江培福、謝春芳 城市水資源監(jiān)測系統(tǒng)設計研究 內(nèi)蒙古水利 2011-7 39卷第6期85-93【4】 李靖華、郭耀煌 主成分分析用于多指標評價