【摘要】水資源短缺的問題在全球范圍內(nèi)得到了越來越多的關(guān)注，為全世界所有公民提供清潔的水是科學(xué)家們的夢(mèng)想。根據(jù)山東地區(qū)的狀況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)考慮所有缺水驅(qū)動(dòng)因素的干預(yù)計(jì)劃，這種計(jì)劃通過人工降雨、減少污染、修建水庫(kù)等方面優(yōu)化配置水資源，有效的緩解缺水。并且我們還討論了在大背景下這項(xiàng)計(jì)劃對(duì)周圍區(qū)域乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的影響。我們利用計(jì)劃和模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行干預(yù)后，所選地區(qū)不再容易受缺水的影響。希望能夠?yàn)榻鉀Q世界水問題提供幫助。

【關(guān)鍵詞】水資源短缺；山東??；多元線性回歸分析；灰度預(yù)測(cè)

1、以某地區(qū)清潔誰水的總含量為變化量，以及該地區(qū)的人們對(duì)于清潔水的需求量為變化量，利用兩個(gè)變化量之間的比值衡量一個(gè)地區(qū)提供清潔的水來滿足人口需要的能力，并且考慮影響供給和需求的因素的動(dòng)態(tài)特性，得到以下數(shù)學(xué)模型：

其中，考慮影響供給和需求的動(dòng)態(tài)特征，總地表清潔水徑流量與降雨量、蒸發(fā)量、滲透量、水資源利用率和污染程度有關(guān)，則：

總地下清潔水含量與地表水滲透量、抽取量、水資源利用率和污染程度有關(guān)，則：

其他代替水源與國(guó)家自身發(fā)展有關(guān)，具有較大不確定度，則設(shè)：

假設(shè)居民生活耗水量與居民人數(shù)呈線性關(guān)系，則：

第一產(chǎn)業(yè)第二產(chǎn)業(yè)總耗水量與該地區(qū)的一二產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)總額和技術(shù)發(fā)展有關(guān)，設(shè)：

2、物理性缺水——從環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素考慮

降水年降水量地區(qū)分布不均勻，存在明顯的經(jīng)向和緯向分布規(guī)律。降水量年內(nèi)分配不均勻，存在一定的周期性。降水量最大月是最小月的20倍，汛期四個(gè)月降水量占全年70%以上。

地表水徑流的地區(qū)分布不均勻。徑流的年際、年內(nèi)變化大，全省年徑流量極值比達(dá)12.8。

地下水地下水資源在山東省地區(qū)分布不均勻，且山丘區(qū)與平原區(qū)差別較大。地下水資源總量較低的市占全省所有市的64.7%，且大部分集中在山丘區(qū)。

客水黃河是山東省最大的客水資源，它具有以下特點(diǎn)：水沙年內(nèi)分布不均；水、沙年際變化大，連豐、連枯特征明顯。

3、經(jīng)濟(jì)性缺水——從社會(huì)驅(qū)動(dòng)因素考慮

農(nóng)業(yè)用水灌溉面積大和高耗水作物為主的種植業(yè)結(jié)構(gòu)，使得農(nóng)業(yè)成為主要的用水大戶。

效率低下地表水?dāng)r蓄能力弱，有效利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。社會(huì)各部門用水效率不高，全省農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)僅為0.5左右。

污染嚴(yán)重地表水、地下水均受到不同程度污染，化肥、農(nóng)藥、工業(yè)廢水、生活垃圾等都是污染源。此外，還受到了海水入侵的威脅。

將2005年至2014年的供需水量記為矩陣，由表中的數(shù)據(jù)計(jì)算每年的年平均值，記為，對(duì)做一次累加，，取0.5，得的均值生成序列

于是GM（1，1）的白化微分方程模型為，其中是發(fā)展灰度，是內(nèi)生控制灰度。

由于，取為灰導(dǎo)數(shù)，為背景值，則上述微分方程相應(yīng)的灰微分方程為（=2，3，…，6），即

由最小二乘估計(jì)可得=-0.0078628，=3265.8。

通過計(jì)算得到2015年的平均值，則2015年的預(yù)測(cè)總值為。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，通過公式可以統(tǒng)計(jì)計(jì)算出2015年第個(gè)指標(biāo)值占全年的比例，于是通過可得到2015年每個(gè)指標(biāo)的預(yù)測(cè)值，同理可得未來15年的水狀況。

由預(yù)測(cè)結(jié)果可知，在未來15年內(nèi)，山東省的水狀況不容樂觀，水資源開發(fā)利用的前景相當(dāng)嚴(yán)峻，在不采取任何干預(yù)計(jì)劃的情況下水資源短缺不會(huì)得到緩解。

4、本文在水資源優(yōu)化配置目標(biāo)設(shè)定時(shí)，主要考慮了常用的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活和環(huán)境部門用水四個(gè)基本目標(biāo)。

總目標(biāo)：對(duì)于最優(yōu)權(quán)重的求得，本文采用層次分析法（HAP）。

采用人工降雨：根據(jù)現(xiàn)有科技，人工降雨量最多可增加百分之二十的降雨量，

節(jié)制水污染：經(jīng)過治理，水污染程度隨著時(shí)間成指數(shù)變化：

修繕地上水庫(kù)：

修建地下水庫(kù)：降雨量、蒸發(fā)量的關(guān)系式可以簡(jiǎn)化為：

得到能力表達(dá)式：

對(duì)于該地區(qū)缺水狀況會(huì)有一定的緩解。

總結(jié)：干預(yù)計(jì)劃的優(yōu)點(diǎn)是整體計(jì)劃對(duì)于本地區(qū)的缺水問題起到了一定的作用，使得地區(qū)水資源穩(wěn)定性提高，所采取的增加供水的渠道也幾乎不會(huì)影響周圍的地區(qū)，但缺點(diǎn)是放到大環(huán)境去后，發(fā)現(xiàn)對(duì)于周圍地區(qū)的環(huán)境也會(huì)有一定的影響。