王玉振　余玉敏　劉秀華　丁興石

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洪水資源利用影響因素及耦合分析

王玉振1余玉敏1劉秀華2丁興石3

自然降水具有一定的隨機性，其徑流形成過程一般與當(dāng)?shù)赜盟^程不同步，加之現(xiàn)行普遍存在的地下水超采、水污染嚴(yán)重等水問題，使得洪水資源利用成為一種可行和成熟的水資源管理和利用方式。洪水資源利用的“趨利避害”帶來了顯著的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益，其中生態(tài)效益尤為顯著。作為自然資源的洪水，同樣具有隨機性，因此，分析洪水資源利用的影響因素，對于其合理利用具有重要的意義。本文以吉林省白城市為例，通過其洪水資源利用實踐，借助SPSS（Statistical Product and Service Solution統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案），分析洪水資源利用的影響因素，并進行耦合分析，以期為白城地區(qū)的洪水資源可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

一、模型方法

SPSS內(nèi)容包括描述統(tǒng)計、列連表分析，總體的均值比較、相關(guān)分析、回歸模型分析、聚類分析、主成分分析、時間序列分析、非參數(shù)檢驗等多個大類，每類中還有多種專項的統(tǒng)計方法。

1.相關(guān)分析

在進行統(tǒng)計分析時，常常需要討論兩個或多個變量之間的相互關(guān)系，如果希望了解某個變量對另一變量的影響程度，則需要用到相關(guān)分析。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型，需要采用不同的相關(guān)系數(shù)度量變量之間的相關(guān)關(guān)系，常用的相關(guān)系數(shù)為Pearson相關(guān)系數(shù)，其計算公式為：

其中，n為樣本容量。

Pearson相關(guān)系數(shù)的對應(yīng)檢驗統(tǒng)計量是t統(tǒng)計量，SPSS將自動進行計算。t統(tǒng)計量的計算公式為：

t統(tǒng)計量服從自由度為n-2的t分布，SPSS將根據(jù)t統(tǒng)計量和自由度，依照t分布表自動給出t統(tǒng)計量所對應(yīng)的相伴概率。如果相伴概率小于或等于顯著性水平α，則拒絕零假設(shè)H0；否則，接受零假設(shè)H0。

2.回歸分析

回歸分析用于分析事物之間的統(tǒng)計關(guān)系，側(cè)重考察變量之間的數(shù)量變化規(guī)律，并通過回歸方程的形式描述和反映這種關(guān)系。線性回歸是回歸分析中一種重要的方式，是研究一個因變量和一個自變量是否存在某種線性關(guān)系的統(tǒng)計學(xué)方法。除了線性回歸，還有曲線估計、二元Logistic回歸、多元Logistic回歸、有序回歸、Probit分析、非線性回歸、權(quán)重估計、兩階最小二乘法和最佳尺度變換等。

二、實例研究

1.白城概況

白城市地下水天然資源量為20.83億m3，占總水資源量的91.68%；地下水可開采資源量為15.39億m3，占地下水資源量的73.88%。全市以地下水開采為主，歷年地下水利用率平均已達80%，降水量偏少不足以補充地下水，使得地下水承載能力逐年下降，缺水狀況趨于嚴(yán)峻。然而，白城地區(qū)的江河客水資源相當(dāng)豐富，嫩江、洮兒河和霍林河為區(qū)域內(nèi)主要江河，江河客水資源總量為213.3億m3。通過對嫩江和洮兒河1956～2000年連續(xù)45年的年、月及汛期逐日徑流過程的對比，發(fā)現(xiàn)嫩江和洮兒河每年有將近半年的時段滿足徑流補償條件，可以在汛期引蓄嫩江洪水，實現(xiàn)洪水資源化。因此，基于此水文優(yōu)勢，在白城地區(qū)地下水過度開采且缺乏大型區(qū)域外調(diào)水和引水工程的條件下，洪水資源利用即內(nèi)部水的轉(zhuǎn)化，成為改善白城地區(qū)水資源狀況的重要措施。

圖1　洪水資源利用影響因素集圖

2.影響因素

白城地區(qū)已然具備了洪水資源化的水文條件，那么洪水資源利用利用量的多寡，與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、用水狀況、政府政策及投資均有關(guān)系，主要表現(xiàn)在自然降水、植被特性、用水需求以及水利管理投資4個方面，具體的驅(qū)動因子如圖1所示。

以白城地區(qū)2008～2012年引洪實踐為例，分析洪水資源利用的主要影響因素，具體驅(qū)動因子指標(biāo)集如表1所示。

3.相關(guān)分析

將數(shù)據(jù)輸入SPSS，結(jié)果如表2所示。

在顯著性檢驗中，指定的顯著性水平為0.05。由表2所示，通過顯著性檢驗，即相伴概率小于或等于0.05的驅(qū)動因子為年降水量、退耕還草面積、造林面積3個統(tǒng)計量，且其相關(guān)系數(shù)均大于0.8，為高度相關(guān)。

4.回歸分析

在相關(guān)分析確定年降水量、退耕還草面積、造林面積與洪水資源利用量高度相關(guān)后，再進行回歸分析。以年降水量為例，將年降水量數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS，回歸分析的模型匯總?cè)绫?。

表3給出了所擬合的10個回歸模型的檢驗報告，包括擬合優(yōu)度、模型檢驗結(jié)果和各個參數(shù)值。結(jié)果顯示，10個回歸模型均有統(tǒng)計學(xué)意義。由擬合優(yōu)度來確定最佳的模型，二次曲線的擬合優(yōu)度最好，R2=1.0，即洪水資源利用量與年降水量呈二次曲線關(guān)系，曲線方程為：

退耕還草面積、造林面積與洪水資源利用量的擬合關(guān)系分別符合三次曲線和線性關(guān)系。

表1　白城地區(qū)洪水資源利用驅(qū)動因子表

表2　洪水資源利用相關(guān)性分析表

表3　回歸分析模型匯總和參數(shù)估計表

三、結(jié)論

（1）白城地區(qū)根據(jù)其水文優(yōu)勢進行洪水資源利用，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟、社會和生態(tài)發(fā)展起到了重要的作用。但是鑒于洪水的隨機性，分析洪水資源利用的影響因素對于今后的洪水資源利用將有參考和指導(dǎo)意義，因此，確定了年降水量等7個驅(qū)動因子。

（2）經(jīng)過回歸分析，認(rèn)為年降水量、退耕還草面積、造林面積3個驅(qū)動因子與洪水資源利用量高度相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.891、0.884和0.959，并且均通過顯著性檢驗。再由相關(guān)分析，三者與洪水資源利用量的相關(guān)關(guān)系分別為二次曲線、三次曲線和線性相關(guān)。

（3）降雨量與洪水資源利用量高度相關(guān)，則在雨期蓄滯洪水，人為干預(yù)降水的時空分布，尤其對于干旱和半干旱地區(qū)的缺水期用水有重要的補給作用。退耕還草面積和造林面積與洪水資源利用量高度相關(guān)，一方面說明了林地、草地等生態(tài)系統(tǒng)對洪水有蓄滯作用，另一方面洪水資源對林地、草地的水量補給促進了其生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮■

（作者單位：1.河南省信陽水文水資源勘測局4640002.河南省濮陽黃河河務(wù)局4570003.河南省臺前縣黃河河務(wù)局457600）