淺析基于貝葉斯算法的新疆水文水資源系統(tǒng)構(gòu)建

也爾盼·烏爾克西

（新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊水文勘測局，新疆 烏魯木齊 830000）

水是地球上所有生命有機(jī)體都離不開的物質(zhì)，是人類不可或缺的自然物質(zhì)資源，直接決定著城市的發(fā)展甚至國家的興衰。眾所周知，天井就是新疆最為廣泛使用的儲水裝備[1]，從生態(tài)學(xué)的角度入手，通過貝葉斯算法分析規(guī)劃甚至建構(gòu)新疆地區(qū)的水文水資源是一次全新的嘗試，是高效運(yùn)轉(zhuǎn)水資源的最佳方案，尤其是新疆獨(dú)特的地貌環(huán)境特征，直接導(dǎo)致了新疆地區(qū)水資源短缺，部分地區(qū)水源不充足等問題。為此，提出使用貝葉斯算法對其進(jìn)行分析重建。貝葉斯算法是統(tǒng)計(jì)學(xué)中最常見的方法之一，它是一種利用統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算概率進(jìn)行演算的方式，利用樹形統(tǒng)計(jì)原理進(jìn)行統(tǒng)計(jì)預(yù)估。該方法十分簡便，而且十分適用于水資源的分析和規(guī)劃。因此，選用貝葉斯算法對新疆地區(qū)的水文水資源進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)建。

1 水文水資源系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 水文水資源

新疆地區(qū)獨(dú)特的地貌條件決定了新疆的水資源相對較為稀缺。新疆地區(qū)降雨量少，而且降雨地區(qū)分布不均勻。新疆北面山區(qū)降雨量是整個(gè)新疆省全部降雨量的三分之一[2]。新疆的庫爾勒地區(qū)和伊犁等地區(qū)都是降水量十分稀少的城市，加之新疆天氣日曬十分充足，陽光總是很充沛，光照時(shí)間長，所以很多積攢下來的水資源或者降雨降雪等都會因?yàn)檎舭l(fā)作用急劇減少，這也是新疆地區(qū)水資源較為短缺的原因。新疆的地表水、地下水資源較為缺乏、而且根據(jù)相關(guān)專家調(diào)查研究，新疆地區(qū)的地下水資源相對礦物質(zhì)含量很高，不適合直接使用或者使用，所以無法很好的利用。

1.2 水文水資源系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)貝葉斯算法的基礎(chǔ)要素進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)資料的整理，統(tǒng)計(jì)新疆地區(qū)歷年降水量并加以總結(jié)分類，制成見表1。

表1 水資源圖譜信息

根據(jù)表1 所示的水資源信息表可以確定，應(yīng)按照位置2 進(jìn)行向下開采，并向位置3 保持一定的弧度面，該位置水源最豐富，且采集后的水資源使用效率最高。由上表還可以看出，位置1～位置4 的水資源，盡管水井已經(jīng)開采到了40 m 的深度，該地區(qū)的水資源大部分依然是不可飲用的水。這也正驗(yàn)證了前文提到的新疆水資源短缺的原因之一。

新疆的水資源十分匱乏，含水量（包括可飲用水和不可飲用水）總計(jì)約為1.32，相對于我國其他省份地區(qū)而言，新疆的地下水含量十分缺失，水文水資源的系統(tǒng)構(gòu)建就成了亟待解決的問題[3]。當(dāng)前新疆地區(qū)水利工程尚不完善，整體技術(shù)水平無法達(dá)到國家的標(biāo)準(zhǔn)，新疆地區(qū)的信息技術(shù)項(xiàng)目整體水平也不高，嚴(yán)重阻礙了水資源的可持續(xù)管理。

水資源系統(tǒng)的構(gòu)成包括水資源系統(tǒng)本身、生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)等。水資源系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的合成型系統(tǒng)，是具有等級性和多樣性的綜合型耦合體體統(tǒng)，它集結(jié)了生態(tài)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、生物系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等多方面條件因素，通過信息的反饋和生態(tài)系統(tǒng)的交替演變保持水系統(tǒng)的動態(tài)平衡。水資源的應(yīng)用和回收是維持人類生產(chǎn)生活的必要條件，是調(diào)節(jié)社會穩(wěn)定的必要因素。如圖1 所示，水系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的調(diào)節(jié)關(guān)系是相互影響的。

圖1 貝葉斯算法的水資源系統(tǒng)的構(gòu)建

水文水資源系統(tǒng)的模型構(gòu)建框架是指在生態(tài)系統(tǒng)中對相關(guān)的水文水資源進(jìn)行合理化的應(yīng)用，利用貝葉斯算法，將水文水資源整合到一起，然后進(jìn)行生產(chǎn)方式的系統(tǒng)性決策和改變，統(tǒng)一管理。將可挖掘和可收集的水文水資源在市場經(jīng)濟(jì)的條件下進(jìn)行整合，使其保持高度統(tǒng)一，以便適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)生活的需要。新疆地處我國的西北地區(qū)，其地貌特征決定了降雨量相對低下的地理?xiàng)l件，而充足的日曬和超長的白晝更是為新疆地區(qū)水資源的儲存增加了難度。水資源系統(tǒng)的構(gòu)建一定要符合新疆地區(qū)獨(dú)特的地貌環(huán)境特點(diǎn)，要保持水資源的可持續(xù)性和功能性，最重要的是要保持水文水資源系統(tǒng)的可變性。貝葉斯算法構(gòu)建的水文水資源系統(tǒng)是靈活可變的，因?yàn)楦鶕?jù)貝葉斯算法得出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是真實(shí)可靠的，而且貝葉斯算法具有一定的超前性和可變性，有很大的伸縮彈性和可更改性。倘若在未來的一段時(shí)間，不論我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)生何種變化，基于貝葉斯算法下構(gòu)建的水文水資源系統(tǒng)都是可以隨之進(jìn)行改變的。如圖2 所示為基于貝葉斯算法水文水資源細(xì)化系統(tǒng)圖。

圖2 基于貝葉斯算法水文水資源細(xì)化系統(tǒng)圖

如圖2 所示，在基于貝葉斯算法水文水資源細(xì)化系統(tǒng)圖中，水資源系統(tǒng)的可持續(xù)性、集合性以及功能性和可變性都是十分重要的條件。正是因?yàn)樨惾~斯算法可以賦予水文水資源系統(tǒng)構(gòu)建這樣的特性，本文選用貝葉斯算法進(jìn)行相關(guān)的水資源系統(tǒng)構(gòu)建。從水資源的監(jiān)管出發(fā)，進(jìn)行水資源的統(tǒng)一整理規(guī)劃，利用貝葉斯算法統(tǒng)計(jì)水文水資源信息，計(jì)算出工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及使用生產(chǎn)生活需要的水資源應(yīng)用量，然后進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的在線監(jiān)測，對信息進(jìn)行統(tǒng)一的收納管理，完善水資源設(shè)備，改善水資源管理系統(tǒng)，構(gòu)建并應(yīng)用全新的基于貝葉斯算法水文水資源系統(tǒng)對新疆地區(qū)的水文水資源進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃管理。

2 新疆水文水資源系統(tǒng)發(fā)展

貝葉斯算法是一種局部定效的不確定知識推算法則和數(shù)據(jù)推理工具。貝葉斯算法在數(shù)據(jù)計(jì)算預(yù)測和挖掘方面領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和重視。當(dāng)前的貝葉斯算法已經(jīng)相對較為成熟，經(jīng)過了將近三十年的發(fā)展，貝葉斯算法已經(jīng)衍生出了很多新的子系法則，如眾所周知的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)法。該過程相對十分復(fù)雜，但是卻是一種高效完整的數(shù)據(jù)分析整合方法。在新疆的地域基礎(chǔ)上，使用貝葉斯算法來構(gòu)建該地區(qū)的水文水資源不失為一種最佳選擇。當(dāng)前新疆地區(qū)的水利關(guān)系發(fā)展仍處于初級建設(shè)發(fā)展階段，很多相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施并沒有完全符合相關(guān)要求，很多水利項(xiàng)目也還在計(jì)劃籌備中。原因就在于沒有一個(gè)確定的水文水資源管理系統(tǒng)。因此，構(gòu)建基于貝葉斯算法的水文水資源系統(tǒng)相較于新疆地區(qū)而言是當(dāng)前水文工作的首要內(nèi)容。

3 結(jié)語

新疆地區(qū)的獨(dú)特地貌注定了該地區(qū)的水資源相對較為匱乏，水文水資源不夠豐富，造成了新疆地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后、相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)不夠穩(wěn)定等。提出的基于貝葉斯算法進(jìn)行水文水資源的系統(tǒng)構(gòu)建是一項(xiàng)全新的水資源系統(tǒng)構(gòu)建方式，具有操作簡單便捷、可以隨時(shí)應(yīng)變時(shí)代飛速發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，可以為新疆地區(qū)水文水資源系統(tǒng)的管理提供一個(gè)全新的解決思路。