基于聚類分析淺析水利行業(yè)發(fā)展

張 婉

(北方工業(yè)大學，北京 100144)

1 水利發(fā)展與水資源現(xiàn)狀

水利建設對于一個國家的國民經(jīng)濟和社會穩(wěn)定發(fā)展至關重要，高效合理利用水資源可以達到防洪、灌溉、排澇、防災、減災，因此國家對于水利工程也是相當?shù)闹匾暋?016年全國政府性基金收入中南水北調(diào)工程基金共6.49億元、國家重大水利工程建設基金363.48億元，全國政府性基金支出中南水北調(diào)工程基金共9.45億元、國家重大水利工程建設基金346.72億元、中央水庫移民扶持基金281.06億元。國家在水利方面的地方一般公共預算支出高達4280.45億元，在南水北調(diào)工程上的一般公共預算支出為35.55億元。我國水利設施用地面積共3.5902萬km2，擁有中型水庫3890個，容量1096億m3；小型水庫93850個，容量705億m3。水電發(fā)電量達11933.7402億kW·h。我國現(xiàn)代大型跨流域調(diào)水工程有南水北調(diào)、河北省引灤入津、引灤入唐、山東省引黃濟青、山西省引黃入晉、錢塘江引江濟太、東北的北水南調(diào)工程、廣東的東深供水工程、甘肅的引大入秦工程等。我國現(xiàn)代大型蓄水工程包括長江三峽水利樞紐工程、四川都江堰水利樞紐、廣東陸豐陂洋鎮(zhèn)、廣西龍?zhí)端畮斓取?/p>

2 各地區(qū)水利行業(yè)發(fā)展情況

應用層次聚類分析方法，將水利行業(yè)發(fā)展情況相似的地區(qū)聚為一類，共分出5類地區(qū)。

層次聚類是通過計算每一個類別的數(shù)據(jù)點與所有數(shù)據(jù)點之間的距離來確定它們之間的相似性。數(shù)據(jù)點之間的距離越小，相似度就越高。層次聚類法的優(yōu)點是對樣本的輸入順序不敏感。本文數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒，將選取以下7個指標來分析全國各省水利行業(yè)發(fā)展情況：水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)全社會固定資產(chǎn)投資；水利設施用地面積；水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)法人單位數(shù)；水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)城鎮(zhèn)非私營單位就業(yè)人員數(shù)；水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)城鎮(zhèn)非私營單位就業(yè)人員平均工資；水力發(fā)電量；供水綜合生產(chǎn)能力，見表1。首先對數(shù)據(jù)進行標準化處理，然后對數(shù)據(jù)中的缺失值進行處理，用平均值來代替缺失值，使用歐式距離矩陣，來計算對比不同類別數(shù)據(jù)點之間的距離，并對距離值最小的數(shù)據(jù)點進行組合，生成聚類樹。

表1 聚類分析結(jié)果

第一類地區(qū)中寧夏、西藏、青海是較為干旱的地區(qū)，因此水利行業(yè)發(fā)展較為緩慢。而海南省則從水資源管護轉(zhuǎn)變?yōu)樗鷳B(tài)治理。第二類地區(qū)屬于一線城市，各個行業(yè)發(fā)展較為均衡，發(fā)展水平較好。第三類地區(qū)位于華東和中南地區(qū)，水資源較為豐富。華東地區(qū)是我國水電裝機較為集中并且抽水蓄能電站主要的集中的地區(qū)，水利行業(yè)發(fā)展形勢較好。第四類地區(qū)中云南、四川皆是水電大省，云南省發(fā)電量在全國排第二名。第五類地區(qū)包含了中國十大干旱省份中的七個省份，主要水利發(fā)展方向是高效節(jié)水方面的水利工程。

通過聚類分析，發(fā)現(xiàn)對于不同地理位置的各省市，水利行業(yè)發(fā)展情況不同。第一類和第五類中大部分地區(qū)屬于干旱、水資源短缺的地區(qū)，要充分高效利用已開發(fā)的水源、發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)、提高水利管理的科技含量、提高人們的節(jié)水意識和水資源環(huán)境保護意識等。第三類地區(qū)，水資源豐富，主要需要做好防洪、除澇以及防止水土流失等預防措施，并且要提高水利設施安全性能，用科技帶動水利行業(yè)發(fā)展。對于第四類地區(qū)，水電能源是清潔能源，能再生、無污染、并且運行費用低，還可以提高資源利用率與經(jīng)濟社會的綜合效益，第四類地區(qū)有條件在保護水資源和生態(tài)環(huán)境的同時發(fā)展開發(fā)水電能源。

3 水利行業(yè)項目發(fā)展與產(chǎn)業(yè)增加值關系

本文應用典型相關分析，找出水利行業(yè)項目發(fā)展情況與產(chǎn)業(yè)增加值之間的關系。典型相關分析的基本原理是為了從總體上考察兩組指標之間的相關關系，從而分別在兩組變量中提取有代表性的兩個綜合變量U和V，U為水利行業(yè)發(fā)展的線性組合，V是三大產(chǎn)業(yè)增加值的線性組合。利用這兩個綜合變量之間的相關關系來反映水利行業(yè)發(fā)展情況與產(chǎn)業(yè)增加值之間的總體相關性。數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計年鑒，選取2004—2016年水上運輸業(yè)；水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)；水利管理業(yè)的全部建成投產(chǎn)項目個數(shù)代表水利行業(yè)項目發(fā)展情況作為第一組變量，第一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值代表產(chǎn)業(yè)增加值作為第二組變量。以此作為研究數(shù)據(jù)，使用R統(tǒng)計分析軟件，首先通過計算兩組變量的相關系數(shù)矩陣求出特征值和典型相關系數(shù)，結(jié)果見表2。然后進行典型相關系數(shù)檢驗，根據(jù)檢驗將提取兩對典型相關變量，最后根據(jù)系數(shù)矩陣得出表達式，見表3—4。

表2 典型相關系數(shù)

表2認為在α=0.05水平上前兩個典型相關是顯著的。第一對和第二對典型變量的相關系數(shù)為0.99728和0.717826說明U1和V1以及U2和V2之間具有高度的相關關系。

表3 x的典型載荷

表4 y的典型載荷

由典型載荷可知，典型相關變量的表達式為：

(1)

式中，U1—水利行業(yè)發(fā)展的線性組合，其中X2(水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)項目數(shù))有較大的載荷，說明水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)項目數(shù)能充分解釋水利行業(yè)項目發(fā)展情況；V1—三大產(chǎn)業(yè)增加值的線性組合，其中有較大載荷的變量是Y3(第三產(chǎn)業(yè)增加值)；Y1—第一產(chǎn)業(yè)增加值有也較大載荷，說明第一、三產(chǎn)業(yè)增加值對產(chǎn)業(yè)增加值貢獻很大。在第二對典型變量(U2，V2)中；U2—水利行業(yè)發(fā)展的線性組合，其中X2(水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)項目數(shù))和X3(水利管理業(yè)項目數(shù))都有較大的載荷；V2—三大產(chǎn)業(yè)增加值的線性組合，其中Y1(第一產(chǎn)業(yè)增加值)和Y2(第二產(chǎn)業(yè)增加值)有較大的載荷。第二對典型變量的相關關系遠不如第一對相關顯著。

綜合兩對典型變量可知，水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)及水利管理業(yè)項目數(shù)可以充分代表水利行業(yè)項目發(fā)展情況，三大產(chǎn)業(yè)中，第一、二、三產(chǎn)業(yè)的增加值在不同程度上都影響著總增加值的變化，并且第一產(chǎn)業(yè)增加值對產(chǎn)業(yè)增加值有促進作用。

圖1 得分等值平面圖

通過兩對典型相關變量的得分等值平面圖如圖1所示可以看出，第一對典型相關變量得分散點在一條近似的直線上分布，兩者之間呈高度線性相關關系，散點圖上沒有離開群體的差異點。第二對典型相關變量得分散點也在一條近似的直線上，雖然有些偏離情況發(fā)生，但總體還是呈現(xiàn)出了線性相關關系.綜合第一和第二對典型相關變量來看，我國水利行業(yè)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)增加值關系很穩(wěn)定，整體波動平穩(wěn)。水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)及水利管理業(yè)的發(fā)展充分影響了水利行業(yè)的發(fā)展并且影響第一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值，尤其是一、三產(chǎn)業(yè)，彰顯了水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)及水利管理業(yè)是水利行業(yè)發(fā)展的重中之重。

4 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟和科技的進步，水利發(fā)展越來越注重人類生活與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。我們要充分利用大自然的自我修復能力，加強水土保持和水功能區(qū)管理，保護、恢復和改善生態(tài)環(huán)境。再此基礎上進一步加強水利基礎設施建設，順應各省地理環(huán)境優(yōu)勢，為水資源合理配置創(chuàng)造條件。治水思路也將逐步完善并走向成熟，這也加大了對水利行業(yè)高層次專業(yè)技術人才的需求。接下來根據(jù)不同地區(qū)情況，具體問題具體分析，順應自然、利用科技創(chuàng)新，發(fā)展水利建設，推動我國經(jīng)濟增長。