我国水资源总量预测及对策分析摘要随着中国现代化社会脚步建设步伐的逐渐加快，我国水资源面临的形势十分严峻,本文主要针对目前全国水资源供需状况，运用PEST环境分析、霍尔三维结构模型、时间序列分析、灰色关联法、层次分析法对未来水资源需求量进行预测，然后从兴建水库、调整水价和污水处理三个方面提出缓解我国水资源压力的方案，并对方案进行了定性的评估。

首先，我们从政治、经济、社会、技术四个方面对中国的水资源现状进行了PEST分析，针对当前的水资源短缺形势提出了初步目标，然后利用霍尔三维结构图对相关政策和工程的管理和实施过程进行了直观的表示。

对于未来水资源的需求量，根据2004-2013年全国的工业用水、农业用水、生活用水及用水总量的数据，我们分析得到，农业用水、生活用水的需求量都带有一定的周期性，而工业用水的需求量在经历一段时间的急剧上升后趋于平稳。

因此对于未来农业用水和生活用水的需求量，采用arima模型进行预测，对于工业用水，采用指数平滑法进行预测。

在预测未来用水总量的过程中，为减少不确定因素的影响，利用灰色关联分析，将不确定因素的影响按权重分别加到生活用水、农业用水和工业用水中，以减小我们对未来水资源需求总量预测时的误差。

考虑到当今我国当前形势，拟从兴建水库、调整水价和污水净化三个方面来补充水资源，利用层次分析法来分析未来补充的水资源如何在各地区分配的问题。

经计算013-2025年间需要补充的水资源量约为737.1756亿立方米，通过兴建水库、调整水价、污水净化直接（或间接）补充的水资源量分别372.8634亿立方米、227.1975亿立方米、137.1147亿立方米。

考虑到中国各地区实际情况和经济发展程度，将中国分为东部沿海、中部、西部和东北四大地区，未来在这四大地区兴建大型水库的数量分别为5、1、2、1个，单位水价分别在原来的基础上上调0.1014、0.0538、0.1799、0.2401元，分别兴建污水处理厂30、28、29、60个，并对兴建水库和污水处理厂所需经费进行了定量计算。

最后，我们对拟定的方案分别从经济、社会生活和环境影响三个方面进行了定性分析，使方案能够在未来发展中切实惠及整个社会。

关键词：PEST环境分析、霍尔三维结构模型、时间序列分析、灰色关联法、层次分析法、兴建水库、调整水价、污水净化一、问题研究的背景水是生命之源。

水利部水资源司郭孟卓司长曾在中国科协报告中指出:“党中央、国务院已经将粮食、石油和水确定为三大战略资源，如果不采取有力措施，中国有可能在未来出现严重的水危机。

水资源问题已成为中国实现可持续发展战略过程中必须认真解决的重大问题,认识我国水资源利用的现状，洞察我国水资源利用现状的主要原因，提出解决困扰中国社会经济发展的水资源问题及对策意义重大。

”二、我国水资源现状的PEST分析Politics:随着中国现代化社会脚步建设步伐的逐渐加快，我国水资源面临的形势十分严峻,人均水资源量仅为世界平均水平的1/4，在世界排第110位，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。

图1 世界与中国用水量比较中国对于水资源问题的矛盾逐渐突出，在一定条件下严重阻碍了当今社会的发展，水资源利用在整个国家发展布局中占有着举足轻重的位置，中央对于水资源问题也给予了高度重视。

进入20世纪以来，为缓解华北和西北地区的水资源短缺问题，举世瞩目的南水北调工程目前已全面惠及各地区人民。

2015年4月2日，中央政治局常务委员会会议审议通过《水十条》，针对我国水资源短缺、水环境质量差、水生态受损重等问题出台了一系列法律法规和相关政策，切实加大水污染防治力度，保障国家水安全。

Economic:改革开放以来，中国经济发展迅速，新兴产业不断涌现，工农业也得到了长足的发展。

一方面，高速增长的经济对水资源的需求量增大，缺水程度加剧。

在中国15亿亩耕地中，尚有8.3亿亩没有灌溉设施的干旱地，另有14亿亩的缺水草场。

全国每年有3亿亩农田受旱；另一方面，由经济发展带来的水污染、水环境恶化的矛盾也日益突出。

根据环境部门对全国河流、湖泊、水库的水质状况的监测，由于近年来工业废水和生活污水的排放等原因，我国主要水系的水体都遭到了不同程度的污染。

全国湖泊约有75%以上的水域，近岸海域约有53%以上受到显著污染。

根据全国118座大城市浅层地下水的调查，97.5％的城市受到不同程度的污染，其中40%的城市受到重度污染。

Society:水资源短缺对群众生活和工作造成了极大的不便，有些城市对楼房供水不足或经常断水，有的缺水城市不得不采取定时、限量供水，造成人民生活困难。

为了满足生产生活的需求，人们开始采取开采地下水的措施。

地下水过度开采，造成地下水位持续下降，水资源枯竭，有的城市形成了几百平方公里的大漏斗，使海水倒灌数十公里。

用水效率低下、用水严重浪费的现象普遍存在是导致水资源短缺的重要原因。

就农业方面而言，我国平均每生产l吨粮食需灌溉972立方米水，而以色利仅需280立方米。

全国农业灌溉用水的利用系数平均约为0.45，而先进国家为0.7。

在工业领域，由于现有用水设施技术落后，目前我国工业万元产值用水量为103立方米，而美国是8立方米。

我国工业用水的重复利用率仅为55％左右，而发达国家平均为75％～85％。

同时，由于水价太低，加之市民节水意识薄弱，城市生活用水浪费现象普遍存在。

此外，水资源的时空分布很不均衡，是导致水资源短缺的另一个重要原因。

由于降水季节过分集中，大部分地区每年汛期连续4个月的降水量占全年的60％一80％，不但容易形成春旱夏涝，而且降水量的年际剧烈变化，更造成江河的特大洪水和严重枯水。

大量降水得不到利用，使可用水资源量大大减少。

水资源的空间分布不均，水资源分布极不平衡，东西南北分配差异十分明显，供需矛盾非常突出。

不仅限制了工农业生产的发展，而且影响人们的日常生活。

水资源的时空分布不均，水资源分布极不平衡，东西南北分配差异十分明显，供需矛盾非常突出。

不仅限制了工农业生产的发展，而且影响人们的日常生活。

图2 中国水资源供需现状Technology:随着中国综合国力的提升，科学技术水平的不断发展，水利技术已处于世界领先地位。

三峡工程、南水北调工程，这些举世瞩目的成就，是我国科学技术发展水平的最好证明。

我们坚信，只要勇于拼搏，技术问题不会是中国水资源问题的瓶颈。

如何使水资源顺应我国经济可持续发展的需求，是一个亟待解决的问题。

本文将根据对我国水资源的现状分析，预测其未来的发展趋势，并提出解决问题的合理建议和对策，制定目标树如下：图3 目标树的建立东多 西少 北少南多三、霍尔三维结构模型的建立整个水资源补充工程非常复杂，为了更系统和直观地展现后续工作地过程和特点，我们建立了该工程的霍尔三维结构模型如下：图4 霍尔三维结构模型1.时间维表1 时间维分析明确问题全面搜集资料、了解问题，包括实地考察、调研等，缓解未来我国水资源紧缺问题选择目标针对目前我国水资源时空分布不均、浪费现象、污染现象严重问题，拟从兴建水库、调整水价、污水处理三个方面来补充水资源，并针对我国各地区的实际情况制定切实可行的不同的方案。

系统综合对我国东部、中部、西部、东北地区的方案进行必要说明，并提出综合性的解决方案。

系统分析运用系统工程的方法和相关技术，建立相应的数学模型对未来水资源需求量进行预测，并据此给出定量的水资源补充方案。

方案优化对模型结果进行客观评价和优化。

作出决策确定方案付诸实施执行方案，完成各阶段的管理和督促工作。

2.逻辑维表2 逻辑维分析规划阶段首先需要收集大量数据，如用水量历史数据、全国各地区大型水库数量、库容量，全国各地区平均水价、人均消费水平，现有污水处理厂和新建情况等，并收集相关流域的水文、气象、地质、地形资料和进行实地勘探，然后对即将实施的政策或拟建的水利工程向相关部门提交可行性研究报告。

方案阶段利用时间序列分析法、灰色关联法、层次分析法等系统工程的相关方法对未来水资源需求量进行预测并提出解决方案。

研制阶段围绕总目标，针对不同的方案进行深入研究和优化，确保符合经济社会发展需求，还可对此进行物事人分析等。

生产阶段根据拟定方案进行初步的政策普及和水利工程建设。

运行阶段确保政策落实有效、做好工程的安全工作和维护及管理。

更新阶段对现有工程进行优化调度、对出现的新问题进行研究，创造性地跟踪新技术、新工艺，提出新的方法，更好地惠及民生。

3.知识维综合运用工程技术、经济学、法律、数学、管理科学、环境科学、计算机技术等方面的知识，运用系统工程知识，将时间和逻辑步骤结合起来，保证实施过程顺利进行。

四、水资源需求量预测模型的建立（一）我国水资源需求量的时间序列分析通过国家统计局网站提供的数据，我们得到了有关2004-2013年全国的工业用水、农业用水、生活用水及用水总量的数据，如下表所示。

可以看出，随着经济的发展和时间的推移，全国对水资源的需求量越来越大，对未来水资源需求量进行预测分析和进行合理的决策势在必行。

表3 2004-2013年全国用水量数据年份20042005200620072008工业用水（亿立方米）1228.90 1285.20 1343.76 1403.04 1397.10 生活用水（亿立方米）651.20 675.10 693.76 710.39 729.30 用水总量(亿立方米）5547.80 5632.98 5794.97 5818.67 5910.00 年份2009 2010 2011 2012 2013 农业用水（亿立方米）3723.00 3689.10 3743.6 3903.00 3921.5 工业用水（亿立方米）1391.00 1447.30 1461.8 1381.00 1406.40 生活用水（亿立方米）748.00 765.80 789.9 740.00 750.10首先，我们考虑利用时间序列预测的方法对农业用水、工业用水、生活用水的未来发展趋势进行预测。

时间序列的影响因素的作用特征可以概括为四种变动方式，即趋势变动、季节变动、循环变动及不规则变动，采用何种方式进行预测，取决于影响因素的作用特征。

利用MATLAB，我们对农业、工业和生活用水的数据特征进行了如下分析：图5 工业用水数据分析图6 农业用水数据分析图7 生活用水数据分析从以上三幅图可以看出，农业用水、生活用水的需求量都带有一定的周期性。

（周期分别约为四年和八年），而工业用水的需求量在经历一段时间的急剧上升后趋于平稳。

因此对于未来农业用水和生活用水的需求量，我们采用arima模型进行预测，对于工业用水，采用指数平滑法进行预测。

1. 指数平滑法(1)(1)1(2)(1)(2)1(1)(2)(1)(2)(1)(1)2()1t t t t t t t t t t t t t T t ts x s s s s a s s b s s x a bT αααααα--+=+-=+-=-=--=+根据2004-2013年的历史数据，可以看出外部环境变化较快，所以我们取α=0.4，设g U 为年度工业用水总量，T 为要预测的年份，计算得：1413.84 1.62(2013)g U T =+⨯-预测结果如下图所示图8 工业用水量预测2. arima 模型由数据分析可知，农业用水和生活用水的数据是不平稳的，带有一定幅度的变化或具有一定的周期性。