1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)水資源計劃摘要本文是要設(shè)計一個有效的，可行的，低成本的用水計劃，來滿足某國2025年的用水需求。我們選擇中國為研究對象，根據(jù)中國各地區(qū)歷年的水資源總量并求出其均值，參考各地區(qū)歷年用水總量來預(yù)測2025年的用水總量，將兩者相減得出差值，并以此為依據(jù)將中國各地區(qū)分為缺水地區(qū)，不缺水地區(qū)，水資源豐富地區(qū)三類。經(jīng)研究分析有兩種可行性高的方案。第一種，由水資源豐富地區(qū)向缺水地區(qū)提供水。第二種，是由沿海缺水城市進行海水淡化并運往其他缺水城市。我們主要考慮經(jīng)濟因素對兩種方案進行分析研

2、究，最終得出結(jié)論由水資源豐富地區(qū)鋪設(shè)管道向缺水地區(qū)提供水為最優(yōu)方案。并以各省的省會作為核心城市，說明全省的需水和調(diào)水情況，并以省會城市或直轄市為頂點構(gòu)成一個賦權(quán)圖，即把問題轉(zhuǎn)換為求水資源豐富地區(qū)到缺水地區(qū)的最短路問題，并用圖論的知識來解決問題。在此基礎(chǔ)上考慮到此方案會改變就業(yè)，生產(chǎn)力，水資源利用等因素，從而對經(jīng)濟，物理，環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響，并用層次分析加以研究，最終以報告的方式向政府反映。關(guān)鍵詞：回歸分析 最小生成樹 層次分析法 一、問題重述淡水是世界大部分地區(qū)的發(fā)展限制。試建立一個數(shù)學(xué)模型，用來確定一個有效的、可行的和低成本的水資源戰(zhàn)略，以滿足2025年預(yù)計的用水需求，特別是，您的數(shù)學(xué)模

3、型必須解決存儲和輸送，去鹽堿化和環(huán)境保護等問題。如果可能的話，用你的模型探討此戰(zhàn)略在經(jīng)濟，物理和環(huán)境等方面的影響。試提供一個非技術(shù)性的文件，向政府相關(guān)部門介紹你的方法以及其可行性和成本，并說明為什么它是“最好的水戰(zhàn)略” 。 二、符號說明：預(yù)測得出的2025年用水量；：輸水的造價；：海水淡化的造價；d1: 輸水工程的單位造價；d2：海水淡化的單位造價；：擬合度.三、模型假設(shè)1.從2013年到2025年各外部因素對水資源總量無影響，例如：雪災(zāi)、地震、洪水、戰(zhàn)爭等對環(huán)境的影響；2.各地區(qū)海水淡化單位費用相同；3.不同地區(qū)淡水轉(zhuǎn)移的單位費用相同；4.人們的消費水平及勞動力費用不會隨意外事故發(fā)生明顯改變

4、。四、問題分析以下內(nèi)容以中國為例，考慮到中國的實際國情，我國是世界上12個貧水國家之一，淡水資源還不到世界人均水量的1/4。全國600多個城市半數(shù)以上缺水,其中108個城市嚴重缺水。地表水資源的稀缺造成對地下水的過量的開采。50年代，北京的水井在地表下約5米處就能打出水來，現(xiàn)北京4萬口井平均深達49米，地下水資源已近枯竭。據(jù)環(huán)境監(jiān)測,全國每天約有1億噸污水直接排入水體。全國七大水系 中一半以上河段水質(zhì)受到污染。35個重點湖泊中，有17個被嚴重污染， 全國1/3的水體不適于灌溉。90%以上的城市水域污染嚴重,50%以上城鎮(zhèn)的水源不符合飲用水標準，40%的水源已不能飲用,南方城市總?cè)彼康?60%

5、-70%是由于水源污染造成的。地球表面的70%是被水覆蓋著的，約有14千億立方米的水量,其中有 96.5%是海水。剩下的雖是淡水，但其中一半以上是冰,江河湖泊等可直 接利用的水資源，僅占整個水量的0.0003%左右。首先我們對中國的水資源的總量及用水的各部分做出統(tǒng)計，并能其做出折線圖，下面即是對水資源總量及用水量的統(tǒng)計（2003-2011年）圖1關(guān)于全國用水量與總資源的統(tǒng)計我們對水資源（包括農(nóng)業(yè)用水，工業(yè)用水，生態(tài)用水，生活用水等）的幾大用處進行統(tǒng)計分析，因為水資源的使用大致集中在這幾個方面，可以用這四個方面的平均值代替人均用水，并對人均用水情況進行進一步分析。下圖即為我們作出的相關(guān)圖像。圖2

6、水資源在生活中的各種應(yīng)用從數(shù)表中可以看出，用水量逐年增加，而水資源卻在緩慢枯竭，制定有效、經(jīng)濟、可持續(xù)的水資源戰(zhàn)略刻不容緩。對2003-2011年全國各省的用水量和可利用的水資源做出統(tǒng)計（數(shù)據(jù)來源均來自官方網(wǎng)站），經(jīng)過Excel等軟件的處理，初步得出各省的用水量隨時間變化的數(shù)據(jù)及各省的水資源供給量隨時間變化的數(shù)據(jù)。考慮到是制定2025年的用水戰(zhàn)略問題，所以需要得出各省在2025年水資源的匱乏及豐沛情況。下面用到回歸分析的方法，用回歸模型預(yù)測出各省在2025年的水資源供給量及居民的用水量。因為可利用的數(shù)據(jù)量偏少，水資源供給量在擬合過程中擬合度較低，所以沒用它的線性擬合值，我們用2003-2011

7、年水資源供給量的均值來代替。因為中國的省會城市流動人口太大，所以用預(yù)測出的人均水量來代表地區(qū)的水資源的豐匱情況誤差太大。所以我們直接用預(yù)測出的水資源供給量與用水量的差值來給出一個地區(qū)的缺水等級。根據(jù)差值的情況以及本地區(qū)居民的水使用情況，我們大致將全國的省會城市劃分為三個等級，然后在三個等級中找出具有代表性的城市，再以其為代表，考慮水資源的調(diào)度問題。在有關(guān)水的供給問題上，即各地區(qū)之間的輸送，考慮三個方案，即富水區(qū)向匱水區(qū)的輸送、海水的淡化、雨水的補給。而在水資源的相互輸送問題上，通過分析，選出以北京市為代表的7個匱水區(qū)，以廣東省為代表的5個富水區(qū)，然后再由圖論中的prim算法得出最短路徑。考慮到

8、中國已有的“南水北調(diào)”工程，參考它的單位造價，我們計算由水資源豐富區(qū)向水資源缺乏區(qū)的輸水造價。同時我們考慮其它補水方案，包括海水淡化和雨水補給以及它們的造價，經(jīng)過比較所有方案，我們給出最佳水策略。給出最佳水策略后，我們采用層次分析法（AHP）分析我們給出的水策略對于經(jīng)濟、物理和環(huán)境的影響。最后，通過綜合分析，我們寫一篇最佳水策略的報告。為了表達方便，以下建模過程中用到的省會及城市名稱均采用縮寫形式。Province 縮寫省會簡稱Province縮寫省會簡稱Beijing BjBjHubei HubTianjin TjTjHunan HunCsHebei HbSjzGuangdong GdGzS

9、hanxi SxTyGuangxiGxNeimengguNmgHainan HainLiaoning LnChongqing CqJilin JlSichuan ScCdHeilongjiang HljGuizhou GzShanghai ShShYunnan YnKmJiangsu JsNjXizang XzZhejiang ZjShaanxi SaxAnhui AhGansu GsYcFujian FjQinghai QhJiangxi JxNcNingxiaNxShandong SdXinjiangXjHenan Hen表1 省及省會城市的簡稱五、模型的建立與求解（1）首先我們找出各地區(qū)

10、2003-2011年的水資源總量及用水總量的數(shù)據(jù)，考慮到水資源總量的相對穩(wěn)定性，我們求出各地區(qū)水資源總量的均值作為2025年預(yù)測值： AreaAverageAreaAverageAreaAverageAreaAverageBj23.86Sh29.20Hub959.41Yn1881.33Tj12.78Js427.16Hun1593.59Xz4437.44Hb140.81Zj887.82Gd1720.18Sax428.83Sx99.16Ah728.17Gx1714.90Gs217.32Nmg410.48Fj1097.96Hain349.44Qh708.40Ln304.94Jx1387.43Cq52

11、3.81Nx9.71Jl393.57Sd345.77Sc2416.57Xj902.66Hlj708.61Hen445.87Gz915.94表2各地區(qū)水資源總量的均值 圖3 均值的條形圖由圖及數(shù)據(jù)分析可知，西藏、四川、云南等地的水資源總量較多，上海、北京、天津等地的水資源總量較少。下面是我們統(tǒng)計的各地區(qū)2003-2011年用水總量，年份用來示，各地每年的用水總量用來表示，利用這些數(shù)據(jù)來建立的預(yù)測模型，為了分析與之間的關(guān)系，可用已統(tǒng)計好的數(shù)據(jù)來作和的散點圖，并擬合出各省相應(yīng)的線性模型。黑龍江Year200320042005200620072008200920102011Hlj245.8259.42

12、71.5286.21291.4297.01316.25325352.36由表中數(shù)據(jù)建立假設(shè)模型，經(jīng)擬合得出：模型的散點圖擬合曲線和回歸系數(shù)估計值及其置信區(qū)間、檢驗統(tǒng)計量、的結(jié)果見表1表1參數(shù)參數(shù)估計值參數(shù)置信區(qū)間-23902-27624,-202801210,14 ,結(jié)果分析：表1顯示，指因變量97.27%可由模型確定，F(xiàn)值遠遠超過F檢驗的臨界值，遠小于，因而模型從整體來看是可用的。表中的回歸系數(shù)給出了模型中，的估計值，即，=12。檢查它們的置信區(qū)間發(fā)現(xiàn)，都不包含零點，即參數(shù)估計值可用于該模型得：，重慶年份200320042005200620072008200920102011Cq63.267

13、.571.273.277.482.7785.386.3986.79由表中數(shù)據(jù)建立假設(shè)模型，經(jīng)擬合得出：模型的散點圖擬合曲線和回歸系數(shù)估計值及其置信區(qū)間、檢驗統(tǒng)計量、的結(jié)果見表2 表2參數(shù)參數(shù)估計值參數(shù)置信區(qū)間-6238.3-7298.9,-5177.73.12.6,3.7 結(jié)果分析：表2顯示，指因變量96.59%可由模型確定，F(xiàn)值遠遠超過F檢驗的臨界值， 遠小于(0.05)，因而模型從整體來看是可用的。表中的回歸系數(shù)給出了模型中，的估計值，即=-6238.3，=3.1。檢查它們的置信區(qū)間發(fā)現(xiàn)，都不包含零點，即參數(shù)估計值可用于該模型得：，同上分析方法得：湖北年份20032004200520062

14、0072008200920102011Hb245.1242.7253.4258.79258.7270.71281.41287.99296.7， 福建年份200320042005200620072008200920102011Fj182.8184.9186.9187.25196.3198.04201.44202.45208.82，安徽年份200320042005200620072008200920102011Ah178.6209.7208241.87232.1266.36291.86293.12294.63，江西年份200320042005200620072008200920102011Jx17

15、2.5203.5208.1205.68234.9234.21241.25239.75262.86，內(nèi)蒙古年份200320042005200620072008200920102011Nmg166.9171.5174.8178.69180175.78181.25181.9184.7，遼寧年份200320042005200620072008200920102011Ln128.3130.2133.3141.24142.9142.78142.79143.67144.53，新疆年份200320042005200620072008200920102011Xj500.7497.1508.5513.43517.

16、7528.22530.9535.08523.51，陜西年份200320042005200620072008200920102011Sx75.175.578.884.0881.585.4684.3483.487.76= -2821.7+1.4*x = 0.80090上海年份200320042005200620072008200920102011Sh109118.1121.3118.57120.2119.77125.2126.29124.5= -3076.50+1.6*x =0.7102吉林年份200320042005200620072008200920102011Jl10499.298.4102

17、.9100.8104.08111.09120.04131.24= -6516.5+3.3*x =0.6715河南年份200320042005200620072008200920102011Hen187.6200.7197.8226.98209.3227.53233.71224.61229.05= -10151+5*x =0.7199四川年份200320042005200620072008200920102011Sc209.9210.4212.3215.13214207.64223.46230.27233.47= -5426.3+2.8*x = 0.6741山西年份200320042005200

18、620072008200920102011Sx56.255.955.759.2958.756.9256.2763.7874.18= -3095.7+1.6*x = 0.5120北京年份200320042005200620072008200920102011Bj3534.634.534.334.835.0835.535.235.96 = -246.66+0.14*x =0.5476江蘇年份200320042005200620072008200920102011Js433.5525.6519.7546.38558.3558.32549.23552.19556.17= -20923+11*x =0.

19、5374廣東年份200320042005200620072008200920102011Gd457.5464.8459459.4462.5461.53463.41469.01464.22= -1225.5+0.8*x = 0.4282天津年份200320042005200620072008200920102011Tj20.522.123.122.9623.422.3323.3722.4923.09= -360+0.19*x = 0.3306海南年份200320042005200620072008200920102011Hain46.346.344.146.4646.746.8944.4644.

20、3544.48=446.29-0.20*x =0.2185貴州年份200320042005200620072008200920102011Gz93.794.397.299.9798101.89100.38101.4595.93=-1194.8+0.6*x =0.3382西藏年份200320042005200620072008200920102011Xz25.32833.235.0336.737.5330.8535.230.97= -1375+0.7*x = 0.2198山東年份200320042005200620072008200920102011Sd219.4214.9211225.8221

21、9.5219.89219.99222.47224.05= -1565.2+0.90*x = 0.2911浙江年份200320042005200620072008200920102011Zj206207.8209.9208.26211216.62197.76203.04198.54= 2214.9 -x = 0.2065廣西年份200320042005200620072008200920102011Gx278.4290.8312.9314.42310.4310.1303.36301.58301.81= -3128.7+1.7*x =0.1609河北年份2003200420052006200720

22、08200920102011Hb199.8195.9201.8204202.5195.02193.72193.68195.99 = 1771.5-0.8*x = 0.2876湖南年份200320042005200620072008200920102011Hun318.8323.6328.4327.73324.3323.62322.33325.17326.47，云南年份200320042005200620072008200920102011Yn146.1146.9146.8144.77150153.14152.64147.47146.79，青海年份200320042005200620072008

23、200920102011Qh2930.230.732.231.134.3628.7630.7731.15甘肅年份200320042005200620072008200920102011Gs121.6121.8123122.33122.5122.17120.63121.82122.89，寧夏年份200320042005200620072008200920102011Nx647478.177.637174.1872.2372.3773.59 ，把以上各數(shù)據(jù)匯總并求出各地區(qū)水資源總量和用水總量之差得：年均水資源總量（億立方米）用水估計方程2025估計用水（億立方米）差值（億立方米）R2Bj23.86

24、=-246.66+0.14*x36.84-12.980.5476Tj12.78=-360+0.19*x24.75-11.970.3306Hb140.81=1771.5-0.8*x151.5-10.690.2876Sx99.16=-3095.7+1.6*x144.3-45.140.5120Nmg410.48=-3582.2+1.9*x265.3145.180.8384Ln304.94=-4070.8+2.1*x181.7123.240.8110Jl393.57=-6516.5+3.3*x166227.570.6715Hlj708.61=-23902+12*x398310.610.9727Sh29

25、.2=-3076.5+1.6*x163.5-134.30.7102Js427.16=-20923+11*x1352-924.840.5374Zj887.82=2214.9-x189.9697.920.2065Ah728.17=-30079+15*x296432.170.9372Fj1097.95=-6381.9+3.3*x300.6797.350.9596Jx1387.43=-18677+9*x-4521839.430.8988Sd345.77=-1565.2+0.9*x257.388.470.2911Hen445.87=-10151+5*x-26471.870.7199Hub959.41=-

26、13455+7*x720239.410.9574Hun1593.59=-315.74+0.32*x332.261261.330.0888Gd1720.18=-1225.5+0.8*x394.51325.680.4282Gx1714.90=-3128.7+1.7*x313.81401.10.1609Hain349.44=446.29-0.2*x41.29308.150.2185Cq523.81=-6238.3+3.1*x39.2484.610.9659Sc2416.57=-5426.3+2.8*x243.72172.8706741Gz915.94=-1194.8+0.620.2895.740.3

27、382Yn1881.33=-671.9+0.41*x158.351722.980.1439Xz4437.44=-1375+0.7*x42.54394.940.2198Sax428.83=-2821.7+1.4*x13.3415.530.8009Gs217.32=111.38+0.005*x121.50595.8150.0004Qh708.40=-256.42+0.14*x27.08681.320.0547Nx9.71=-538.45+0.31*x89.3-79.590.0409Xj902.66=-8339.3+4.4*x570.7331.960.8142 表3我們規(guī)定按差值的范圍將中國分為三個

28、區(qū)域即缺水地區(qū)，水夠用地區(qū)，水資源豐富地區(qū)。 然后我們在眾多省份中挑選出具有代表性的省份劃分種類差值（億立方米）地區(qū)缺水地區(qū)1000Jx，Hun，Yn Gd，Sc 表 4模型2 我們用初步模型得出的最終各省份的2025年的差值，由劃分標準，我們得出匱水省，富水省，并用它們的省會的城市為代表。首先我們找出了所用到的省會城市之間的距離（公里），下面就用圖論的最小生成樹的方法，用Prim對各省會城市的距離求出最短路。 下表是我們對7個匱水區(qū)，5個富水區(qū)做出的距離的統(tǒng)計BjTjSjzTyShNjYcNcCsGzCdKmBj0 113 267 415 1067 893 900 1252 1336 189

29、1 1527 2087 Tj113 0 263 437 957 792 958 1170 1272 1821 1532 2074 Sjz267 263 0 175 995 770 727 1056 1101 1666 1267 1828 Ty415 437 175 0 1098 858 550 1073 1069 1641 1117 1700 Sh1067 957 995 1098 0 270 1598 605 891 1215 1662 1961 Nj893 792 770 858 270 0 1338 467 706 1134 1408 1750 Yc900 958 727 550 159

30、8 1338 0 1409 1288 1827 900 1527 Nc1252 1170 1056 1073 605 467 1409 0 309 670 1173 1372 Cs1336 1272 1101 1069 891 706 1288 309 0 571 899 1073 Gz1891 1821 1666 1641 1215 1134 1827 670 571 0 1238 1089 Cd1527 1532 1267 1117 1662 1408 900 1173 899 1238 0 638 Km2087 2074 1828 1700 1961 1750 1527 1372 107

31、3 1089 638 0 表6由最小生成樹的Prim思路，我們得出程序結(jié)果，并對其進行分析和討論。 以下是在管道沒鋪設(shè)時，簡化連接出的城市的連接圖。 圖 4輸入矩陣由prim程序，可得出結(jié)果，整理為若下表 走向12343668991123476589101112距離113263175550770270467309571899638由程序給出的結(jié)果，并能給出最小生成樹的路徑數(shù)值。方便以后關(guān)于問題工程費用的計算。以下是我們對列舉出的省會城市的連線。 圖5圖中可以看出路線大致從我們得出的5個富水區(qū)先匯流，然后向7個匱水區(qū)輸送，這樣可大大節(jié)省線路鋪設(shè)繁多帶來的經(jīng)濟問題。最短路的線路長度，Y=113+2

32、63+175+550+770+270+467+309+571+899+638=5025km綜合到南水北調(diào)的工程的造價問題，由勞動力的人均費用，以及管道鋪設(shè)所用的費用等，我們可以平均成工程單位造價問題，然后考慮到單位造價隨時間的變化，繼續(xù)預(yù)測出2025年的工程造價。 南水北調(diào)工程投資情況東線長度（km）中線長度（km）西線長度（km）總長（km）投資（億）單位造價（億元/km）11561427260 284350001.7587 2 由圖表得南水北調(diào)的單位造價d為1.7587億元/km，由此我們估計出2025年輸水工程的單位造價d=1.7587億元/km 即輸水工程的總造價為S=Y*d，即造價為

33、:S=5025*1.7587=8837.5億元海水淡化：分為兩部分，造價=海水的淡化+淡化水的輸送但由初步模型得出的結(jié)果，在預(yù)測2025年的水資源的差值中，其次所有缺水城市的差值求和，算出總的缺水量m，然后從官網(wǎng)上得出得出海水淡化的單位造價d2.再考慮淡化后的水的輸送問題。在靠海的匱水地區(qū)，用到海水淡化的方法也是可行的方法，但是在考慮當中要輸水的城市不僅只有靠海的城市，像銀川等地。所以從緊靠海的匱水城市著手，我們先找出兩個靠海城市，上海、天津。然后找出以這兩個城市為起點的兩條運水路。以下即為我們的兩條淡化后的海水的輸運路線。上海 南京（270km） 天津 北京（113km） 銀川（727km）

34、 石家莊 （263km） 因為選取點為靠海城市，即不考慮海到靠海城市的線路。首先，總?cè)彼坑沙醪侥Ｐ涂傻玫絤=12.98+11.97+10.69+45.14+134.3+924.84+79.59=1219.5億噸然后從官方信息網(wǎng)上得出億元/億噸（淡化費）=億元分析：雖然 (淡化費)，但淡化不止存在2025年一年，所以考慮到時間，還是用各城市之間的管道輸水經(jīng)濟。所以，最終我們得到適合中國在2025年的最佳水戰(zhàn)略為管道輸送。模型3解決了鋪設(shè)管道送水問題，考慮到這項工程實施后可能會改變某些現(xiàn)狀，如就業(yè)，水資源利用，生產(chǎn)力等，而這些因素的改變將會對經(jīng)濟，物理，環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響，所以我們下面采用層次分析法來探討鋪設(shè)管道這項工程對經(jīng)濟，物理，環(huán)境等因素的影響大小，來給執(zhí)行者提供一些有利于可持續(xù)發(fā)展的建議。目標層為：管道鋪設(shè)后受影響最大的方面；以就業(yè)、水資源利用、生產(chǎn)力為準則層；經(jīng)濟、物理、環(huán)境為方案層。在層次分析法中，我們用代表就業(yè),代表水資源利用，代表生產(chǎn)力。代表經(jīng)濟，代表物理，代表環(huán)境，畫出它們的