Размещено на http://www.allbest.ru/

Количественный анализ использования свежей воды по Российской федерации

Курсовая работа по дисциплине

«Методы экологических исследований и моделирование экосистем»

ОГЛАВЛЕНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВЕЖЕЙ ВОДЫ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
• 1.1 Сельскохозяйственное водоснабжение
• 1.2 Промышленное водоснабжение
• 1.3 Коммунальное водоснабжение
• ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОД РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ И ОХРАНА ВОДОЕМОВ
• 2.1 Основные источники загрязнения вод Российской Федерации
• 2.2 Охрана водоёмов
• ГЛАВА 3. АНАЛИЗ водопотребления в россии с использованием математико-статитических методов
• 3.1 Исходные данные
• 3.2 Корреляционный анализ связей между основными характеристиками водопотребления свежей воды
• 3.3 Регрессионный анализ зависимости суммарного водопотребления от орошения и производственных нужд
• 3.4 Анализ тенденций водопотребления в РФ
• 3.5 Периодизация постсоветского периода водопотребления с помощью кластерного анализа
• Заключение
• СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие промышленности и сельскохозяйственного производства, повышение уровня благоустройства городов и населенных пунктов, значительный прирост населения обусловили в последние десятилетия дефицит и резкое ухудшение качества водных ресурсов практически во всех регионах России.

Одним от основных путей удовлетворения потребностей общества в воде является инженерное воспроизводство водных ресурсов, т.е. их восстановление и приумножение не только в количественном, но и в качественном отношении.

Перспективы рационального воспроизводства технологического расхода воды связаны с созданием на предприятиях систем повторно-последовательного, оборотного и замкнутого водоснабжения. В их основу положено удивительное свойство воды, позволяющее ей не изменять своей физической сущности после участия в производственных процессах.

Промышленность России характеризуется высоким уровнем развития систем оборотного водоснабжения, за счет которых экономия свежей воды, расходуемой на производственные нужды, составляет в среднем 78%. Лучшие показатели использования оборотных систем имеют предприятия газовой (97%), нефтеперерабатывающей (95%) отраслей, черной металлургии (94%), химической и нефтехимической (91%) промышленности, машиностроения (85%).

Максимальные расходы воды в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения характерны для Уральского, Центрального, Поволжского и Западно-Сибирского экономических районов. В целом по России соотношение объемов использования свежей и оборотной воды составляет соответственно 35,5 и 64,5%.

Широкое внедрение совершенных водооборотных систем (вплоть до замкнутых) способно не только решить проблему водообеспечения потребителей, но и сохранить природные водоисточники в экологически чистом состоянии.

Объект исследования - потребление водных ресурсов в РФ.

Предмет исследования - структура и тенденции водопотребления в РФ.

Цель курсовой работы - выявить структура и тенденции водопотребления в РФ.

Для достижения поставленной цели, мною были поставлены следующие задачи:

1) рассмотреть и проанализировать структуру использования свежей воды в Российской Федерации;

2) изучить основные источники загрязнения водных ресурсов и охрану вод в Российской Федерации;

3) провести анализ статистических данных по водопотреблению в Российской Федерации в программе STATISTICA.

Курсовая работа состоит из трех глав. В первой главе рассмотрена структура водопотребления в РФ. Во второй главе изучены основные источники загрязнения водных ресурсов и охрана вод в РФ. В третьей главе приводится анализ статистических данных по использованию свежей воды в РФ. В заключении подведены итоги проделанной работы.

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВЕЖЕЙ ВОДЫ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

1.1 Сельскохозяйственное водоснабжение

В сельской местности водоснабжение осуществляется главным образом по локальным системам и путем индивидуального обеспечения водопользователей. Системы локального водоснабжения в очень сильной степени зависят от качества воды в источниках и, в случае необходимости, оборудуются специальными сооружениями. В районах с высокой плотностью сельского населения применяются групповые системы.

Для нужд отрасли из природных водных источников забирается около 28% суммарного объема изъятия воды.

Среди сельскохозяйственных отраслей основным потребителем свежей воды и крупным загрязнителем поверхностных водоемов, сбрасывающим через коллекторно-дренажную сеть неочищенные сточные воды, является орошаемое земледелие. Серьезную опасность для поверхностных водоемов представляет вынос с сельскохозяйственных полей удобрений и ядохимикатов.

Другим крупным водопотребителем и мощным источником загрязнения поверхностных и подземных вод являются животноводческие комплексы по выращиванию крупного рогатого скота, свиней, птицы. Очистка животноводческих сточных вод связана с большими трудностями, поскольку перед сбросом в водные объекты их необходимо длительное время выдерживать в прудах-накопителях.

1.2 Промышленное водоснабжение

Промышленное водоснабжение, обеспечивающее функционирование технологических процессов, является ведущим направлением водопользования. Системы промышленного водоснабжения включают в себя гидротехнические сооружения по забору технической воды и доставке всем предприятиям, а также системы водоподготовки.

Промышленный потенциал каждого экономического района Российской Федерации представлен практически всеми основными отраслями. Есть и такие районы, где преимущественно сконцентрированы совершенно определенные отрасли промышленности. Например, 46% объема производства легкой промышленности сосредоточено в Центральном экономическом районе, на долю Уральского экономического района приходится около 70% продукции черной и цветной металлургии, на долю Западно-Сибирского - 46% топливной промышленности.

Объемы водопотребления зависят от структуры промышленных предприятий, уровня технологии, выполняемых мероприятий по экономии воды. Наиболее водоемкими отраслями являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая и деревообрабатывающая промышленность. На долю самой водоемкой отрасли - электроэнергетики - приходится около 68% суммарного потребления свежей и 51% - оборотной воды.

Так как большинство промышленных объектов сосредоточено в крупных городах, в России преимущественное развитие получили объединенные промышленно-коммунальные системы водоснабжения, что, в свою очередь, приводит к неоправданно высоким расходам на промышленные нужды воды питьевого качества (до 30-40% суточной подачи городских водопроводов).

Предприятия промышленности являются основным источником загрязнения поверхностных вод, ежегодно сбрасывая большое количество отработанных сточных вод (в 1996 г. - 35,5 км³). Особенно разнообразны по своим свойствам и химическому составу сточные воды химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и угольной промышленности. Несмотря на достаточную мощность очистных сооружений, только 83-85% отводимых сточных вод соответствуют нормативным требованиям. В структуре отводимых вод, содержащих загрязняющие вещества выше нормативного уровня, сброс без очистки составляет в настоящее время 23% (в 1991 г- 28%), остальные воды сбрасываются недостаточно очищенными.

1.3 Коммунальное водоснабжение

Коммунальное хозяйство России обеспечивает потребность в воде городского населения, коммунальных, транспортных и прочих непромышленных предприятий, а также расходы воды на благоустройство населенных пунктов, полив улиц и тушение пожаров.

Отличительная особенность коммунального хозяйства - постоянство водопотребления и жесткие требования, предъявляемые к качеству воды.

Основной объем (84-86%) потребляемой воды используется для хозяйственно-питьевых нужд населения, в среднем по России удельное водопотребление на одного городского жителя составляет 367-369 л/сут.

Около 99% городов, 82% поселков городского типа, 19,5% населенных пунктов в сельской местности обеспечены централизованным водоснабжением. Благоустройство городского жилого фонда в среднем по стране характеризуется следующими показателями: обеспеченность центральным водопроводом - 83,8%, канализацией - 81,4% центральным отоплением - 84,7%, ванными и душем - 76,7%, горячим водоснабжением - 70,8% (данные за 1996 год).

В поверхностные водные объекты предприятиями отрасли отводится около 13 км³/год сточных вод, по разным причинам в структуре сбрасываемых вод преобладают недостаточно очищенные. В целом по стране через системы очистных сооружений предварительно пропускается около 70% всей подаваемой воды.

Из-за неблагополучного состояния источников питьевого водоснабжения и несовершенства системы водоподготовки не теряет своей остроты проблема качества воды. Стандартные сооружения очистки, включающие двухступенчатую схему осветления, обесцвечивания и обеззараживания не справляются с возрастающими нагрузками новых загрязнителей (тяжелых металлов, пестицидов, галогенсодержащих соединений, фенолов, формальдегидов). Хлорирование воды, содержащей органические вещества, накапливающиеся в водных источниках, приводит к ее вторичному загрязнению и образованию канцерогенных хлорорганических соединений.

вода водоснабжение орошение водоём

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОД РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ И ОХРАНА ВОДОЕМОВ

Основными источниками загрязнения водоёмов служат предприятия чёрной и цветной металлургии, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной, лёгкой промышленности.

2.1 Основные источники загрязнения вод Российской Федерации

Чёрная металлургия. Объём сбрасываемых сточных вод составляет около 12 млрд. м³, сброс загрязнённых сточных вод достиг 850 млн. м³. Предприятия Магнитогорска, Липецка, Екатеринбурга, Челябинска, Череповца, Новокузнецка не обеспечивают нормативную очистку сточных вод.

Цветная металлургия. Объём сброса загрязнённых сточных вод превысил 537,6 млн. м³. Сточные воды загрязнены минеральными веществами, флетореагентами (цианиды, ксантогенаты), солями тяжёлых металлов (медь, свинец, цинк, никель, ртуть и другие), мышьяком, хлоридами и другими веществами.

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Главный источник образования сточных вод в отрасли - производство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки древесины и отбелки.

Нефтеперерабатывающая промышленность. В поверхностные водоёмы предприятиями отрасли было сброшено 543,9 млн. м³сточных вод. В результате в водоёмы попали в значительном количестве нефтепродукты, сульфаты, хлориды, соединения азота, фенолы, соли тяжёлых металлов и др.

Химическая и нефтехимическая промышленность.В природные водные объекты сброшено за год 2467,9 млн. м³сточных вод, вместе с которыми в водоём попали нефтепродукты, взвешенные вещества, азот общий, азот аммонийный, нитраты, хлориды, сульфаты, фосфор общий, цианиды, роданиды, кадмий, кобальт, марганец, медь, никель, ртуть, свинец, хром, цинк, сероводород, сероуглерод, спирты, бензол, формальдегид, фурфурол, фенолы, поверхностно-активные вещества, карбамиды, пестициды, полуфабрикаты.

Машиностроение.Сброс сточных вод травильных и гальванических цехов предприятий этой отрасли, например, в 1993 году составил 2,03 млрд. м³, в том числе загрязнённых - 0,95 млрд. м³, в первую очередь нефтепродуктами, сульфатами, хлоридами, взвешенными веществами, цианидами, соединениями азота, солями железа, меди, цинка, никеля, хрома, молибдена, фосфора, кадмия.

Лёгкая промышленность. Основное загрязнение водоёмов происходит от текстильного производства и процесса дубления кож. В сточных водах текстильной промышленности наличествуют взвешенные вещества, сульфаты, хлориды, соединения фосфора и азота, нитраты, синтетические поверхностно-активные вещества, железо, медь, цинк, никель, хром, свинец, фтор и другие. Кожевенное производство сбрасывает в водоёмы воду с высоким содержанием соединений азота, фенолов, синтетических поверхностно-активных веществ, жиров и масел, хрома, алюминия, сероводорода, метанола и фенальдегида.

2.2 Охрана водоёмов

В соответствии с Конституцией Российской Федерации, водное законодательство России находится в совместном ведении РФ и субъектов РФ. Оно состоит из Водного кодекса Российской Федерации и принимаемых в соответствии с ним федеральных законов и иных нормативно-правовых актов, а также законов и нормативно-правовых актов субъектов РФ.

Согласно водному кодексу Российской Федерации, использование водных объектов для питьевого и хозяйственно бытового водоснабжения является приоритетным. Для этих целей должны использоваться защищённые от загрязнения и засорения поверхностные и подземные водные объекты. Их пригодность для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения определяется органами санитарно-эпидемиологического надзора.

Централизованное питьевое и хозяйственно-бытовое водоснабжение населения осуществляют специальные организации, имеющие лицензию на водопользование.

Согласно Водному кодексу Российской Федерации, водопользователи обязаны стремиться сокращать изъятия и предотвращать потери воды, не допускать загрязнение, засорение и истощение водных объектов, обеспечивать сохранение температурного режима водных объектов. Запрещается сброс сточных и дренажных вод в водные объекты:

ь содержащие природные лечебные ресурсы;

ь отнесённые к особо охраняемым;

ь находящиеся в курортных зонах, в местах массового отдыха населения;

ь находящиеся в местах нереста и зимовки ценных и особо охраняемых видов рыб, в местах обитания ценных и занесённых в Красную книгу видов животных и растений.

Поддержание поверхностных и подземных вод в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, обеспечивается установлением нормативов предельно допустимых вредных воздействий на водные объекты. Эти нормативы устанавливаются, исходя из:

ь предельно допустимой величины антропогенной нагрузки, длительное воздействие которой не приведёт к изменению экосистемы водного объекта;

ь предельно допустимой массы вредных веществ, которая может поступать в водный объект и на его водосборную площадь;

ь нормативов предельно допустимых сбросов вредных веществ в водные объекты.

Государственный учёт поверхностных и подземных вод представляет собой систематическое определение и фиксацию в установленном порядке количества и качества водных ресурсов, имеющихся на данной территории. Такой учёт осуществляется в целях обеспечения текущего и перспективного планирования рационального использования водных ресурсов, их восстановления и охраны. Данные государственного учёта характеризуют состояние поверхностных и подземных водных объектов по количественным и качественным показателям, степени их изученности и использования. Государственный учёт осуществляется в РФ по единой системе и базируется на данных учёта, представляемых водопользователями, а также на данных государственного мониторинга.

Согласно Водному кодексу Российской Федерации, при размещении, проектировании, реконструкции, вводе в эксплуатацию хозяйственных и других объектов, а также при внедрении новых технологических процессов должно учитываться их влияние на состояние водных объектов и окружающую среду. При этом также необходимо предусматривать создание замкнутых систем технического водоснабжения. Проектирование и строительство прямоточных систем водоснабжения, как правило, не допускается. Оно может быть разрешено в исключительных случаях при положительном заключении государственной экспертизы на предпроектную и проектную документацию и государственной экологической экспертизы. Запрещается ввод в эксплуатацию:

ь хозяйственных и других объектов, в том числе фильтрующих накопителей, пунктов захоронения отходов, городских и других свалок, не оборудованных устройствами, очистными сооружениями, предотвращающими загрязнение, засорение, влекущих истощение водных объектов;

ь водосборных и сбросных сооружений без рыбозащитных устройств и устройств, обеспечивающих учёт забираемых и сбрасываемых вод;

ь животноводческих ферм и других производственных комплексов, не имеющих очистных сооружений и санитарно-защитных зон;

ь оросительных, обводнительных и осушительных систем, водохранилищ, плотин, каналов и других гидротехнических сооружений до проведения мероприятий, предотвращающих вредное воздействие на воды;

ь гидротехнических сооружений без рыбозащитных устройств, а также устройств для пропуска паводковых вод и рыбы;

ь водозаборных сооружений, связанных с использованием подземных вод, без оборудования их водорегулирующими устройствами, водоучитывающими приборами;

ь водозаборных и иных гидротехнических сооружений без установления зон санитарной охраны и создания пунктов наблюдения за показателями состояния водных объектов;

ь сооружений и устройств для хранения и транспортирования нефтяных, химических и других веществ без оборудования средствами для предотвращения загрязнения водных объектов и контрольно-измерительной аппаратурой для обнаружения утечки указанных продуктов.

Не допускается ввод в эксплуатацию объектов орошения сточными водами без создания пунктов наблюдения за показателями состояния водных объектов. До ввода в эксплуатацию водохранилищ должны осуществляться мероприятия по подготовке их ложа к затоплению.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ водопотребления в россии с использованием математико-статитических методов

3.1 Исходные данные

Исходными данными для проведения анализа являются данные Федерального агентства водных ресурсов по использованию воды в Российской Федерации (табл.1).

Таблица 1

Таблица данных 1993-2008 гг использование свежей воды по Российской Федерации (км³)

Года	Всего	в том числе:
		на орошение и сельскохозяйственное водоснабжение	на производственные нужды	на хозяйственно-питьевые нужды
1993	85,1	17,0	53,5	14,6
1994	77,1	15,3	47,5	14,3
1995	75,8	14,6	46,9	14,2
1996	73,2	13,6	45,6	14,0
1997	70,2	12,0	44,6	13,6
1998	66,2	11,2	41,3	13,7
1999	67,7	11,3	43,1	13,3
2000	66,9	10,6	42,7	13,6
2001	66,8	10,1	43,1	13,6
2002	64,9	9,4	41,9	13,6
2003	64,1	9,4	41,6	13,1
2004	61,5	8,5	40,2	12,8
2005	61,3	8,5	40,5	12,3
2006	62,2	8,8	41,4	12,0
2007	62,5	9,0	41,9	11,6
2008	62,9	8,5	43,1	11,3

1) По данным Федерального агентства водных ресурсов [7].

3.2 Корреляционный анализ связей между основными характеристиками водопотребления свежей воды

Корреляционный анализ - теория оценки взаимосвязи между признаками. Он изучает насколько связаны между собой признаки объекта. Связи оценивают с помощью коэффициентов корреляции (R). Коэффициенты корреляции оценивают связь между двумя и более количественными переменными.

Чаще других в научных работах встречается коэффициент корреляции Пирсона r. Необходимо помнить, что он употребляется при одновременном выполнении двух допущений - во-первых, только для переменных, распределенных нормально, во-вторых, для переменных, связанных линейной связью. Последнее означает, что на графике, по осям которого отложены интересующие нас переменные, результирующая линия должна быть прямой.

Линейность связей можно приблизительно оценить графическим способом (рис. 1).

Рис. 1. Графики парных связей между признаками водопотребления.

( Вс-вся вода, Всх-с/х водоснабжение, Вп-производственное водоснабжение, Вхп-хозяйственно-питьевое водоснабжение)

Анализируя рис.1 мы увидели, что связи линейные по всем показателям, кроме хозяйственно-питьевого водоснабжения. Коэффициент корреляции дает погрешность с хозяйственно-питьевым водоснабжением. Таким образом коэффициент Пирсона занижает линейные связи.

Затем проводим тест на нормальность рядов распределения по критериям Колмогорова-Смирнова и Лилифорса, в программе STATISTICA и по уровням значимости нулевой гипотезы Р (ряд не отличается от нормального распределения). При Р<0,05 - ряд не отличается от нормального, при Р>0,05 - ряд отличается от нормального.

Результаты тестирования представлены на графиках (рис.2-5).

Рис.2 Оценка нормальности показателя все водоснабжение.

Рис.3 Оценка нормальности показателя с/х водоснабжение.

Рис. 4 Оценка нормальности показателя производственное водоснабжение.

Рис.5 Оценка нормальности показателя хозяйственно-питьевое водоснабжение.

Анализируя рис. 2-5 можно сделать вывод, что ряды являются нормальными по всем критериям. Лишь рис. 4 показал, что ряд по отношению к показателю производственное водоснабжение не является нормальным по критерию Лилифорса( P<0,01).

В общем можно сказать, что условия нормальности и линейности весьма выполнимы. Лишь при определении нормальности и линейности рядов отклонился показатель производственного водоснабжения. Это говорит о том, что коэффициент корреляции дает небольшое отклонение, но не смотря на это связи очень высоки.

А теперь перейдем к расчетам коэффициента линейной парной корреляции Пирсона (табл.2).

Таблица 2

Таблица коэффициента линейной парной корреляции Пирсона между основными показателями водопотребления РФ.

	Всего	Орошение и с/х	Производственные нужды	Хозяйственно-питьевые нужды
Всего	1,00	0,99	0,97	0,80
Орошение и с/х	0,99	1,00	0,92	0,81
Производственные нужды	0,97	0,92	1,00	0,64
Хозяйственно-питьевые нужды	0,80	0,81	0,64	1,00

Анализируя табл. 2, можно сделать вывод, что связь между производственными нуждами и нуждами на орошение и с/х сильная (R=0.92); они близки к нормальным значениям, а связи между питьевыми и производственными нуждами коррелируют в меньшей степени.

3.3 Регрессионный анализ зависимости суммарного водопотребления от орошения и производственных нужд

В ходе корреляционного анализа были выделены показатели, обладающие значимыми связями. На основе этих связей можно провести регрессионный анализ, суть которого заключается в построении математической модели и определении ее статистической надежности.

Вид множественной линейной модели регрессионного анализа:

,

где - случайные ошибки наблюдения, независимые между собой, имеют нулевую среднюю и дисперсию .

На основе результатов, полученных в ходе регрессии, можно провести анализ связи между несколькими независимыми переменными и зависимой переменной.

По имеющейся в таблице данных выборке объемом n=16 необходимо найти оценки неизвестных коэффициентов регрессии b₀, b₁,..., b_k. С их помощью мы сможем: получить наилучшие оценки неизвестных параметров b₀, b₁,..., b_k; проверить статистические гипотезы о параметрах модели; проверить, достаточно ли хорошо модель согласуется со статистическими данными.

Таблица 3

Зависимость суммарного объема водопотребления от орошения и производственных нужд

	Beta	Std.Err.	B	Std.Err.	t(13)	p-level
Intercept			16,64573	3,226454	5,15914	0,000184
Орошение и с/х	0,622538	0,051925	1,55137	0,129399	11,98906	0,000000
„P„‚„Ђ„y„x„r.нужды	0,393894	0,051925	0,78156	0,103030	7,58576	0,000004

коэффициент множественной корелляции фактических и расчетных значений равен R= 0,997, а его значимость очень высокая p<0,00000; коэффициент детерминации равен R²= 0,99; исправленный R²= 0,99; значимость множественной корреляции; стандартная ошибка оценки по регрессии 0,52366,

Из таблицы 3 видно, что все параметры, которые входят в уравнения регрессии имеют высокую значимость

Р_{ор и с/х}=0,000000

Р_{произв.}=0,000004

На основании табл.3 уравнение зависимости суммарного водопотребления от орошения и производственных нужд имеет вид:

С=16,64573+1,55137*О-0,78156*П

Где О-орошение, П-производственные нужды

В данном уравнении регрессии, в котором зависимым показателем является вся вода, изменчивость значений составляет 0,99, что примерно составляет 99%, неизвестным остается 1%

3.4 Анализ тенденций водопотребления в РФ

Рассмотрим вначале кратко теоретические основы анализа временных рядов, под которым подразумевается совокупность математико-статистических методов анализа, предназначенных для выявления структуры временных рядов и для их прогноза. Сюда относятся, в частности, методы регрессионного анализа. Выявление структуры временного ряда необходимо для того, чтобы построить математическую модель того явления, которое является источником анализируемого временного ряда. Прогноз будущих значений временного ряда используется для эффективного принятия решений.

Временные ряды состоят из двух элементов:

· периода времени, за который или по состоянию на который приводятся числовые значения;

· числовых значений того или иного показателя, называемых уровнями ряда.

Временные ряды классифицируются по следующим признакам:

· по форме представления уровней:

· ряды абсолютных показателей;

· относительных показателей;

· средних величин.

· по характеру временного параметра: моментные и интервальные временные ряды.

В моментных временных рядах уровни характеризуют значения показателя по состоянию на определенные моменты времени. В интервальных рядах уровни характеризуют значение показателя за определенные периоды времени. Важная особенность интервальных временных рядов абсолютных величин заключается в возможности суммирования их уровней. Отдельные же уровни моментного ряда абсолютных величин содержат элементы повторного счета. Это делает бессмысленным суммирование уровней моментных рядов;

по расстоянию между датами и интервалами времени выделяют полные (равноотстоящие) - когда даты регистрации или окончания периодов следуют друг за другом с равными интервалами и неполные (неравноотстоящие) - когда принцип равных интервалов не соблюдается.

временные ряды бывают детерминированными и случайными: первые получают на основе значений некоторой неслучайной функции (ряд последовательных данных о количестве дней в месяцах); вторые есть результат реализации некоторой случайной величины.

в зависимости от наличия основной тенденции выделяют стационарные ряды - в которых среднее значение и дисперсия постоянны и нестационарные - содержащие основную тенденцию развития.

Тренд -- общая тенденция при разнонаправленном движении, выраженная общая направленность изменений показателей любого временного ряда. Графики могут быть описаны различными уравнениями -- линейными, логарифмическими, степенными и т. д. Фактический тип графика устанавливают на основе графического изображения данных временного ряда, путем осреднения показателей динамики ряда, на основе статистической проверки гипотезы о постоянстве параметров графика.

А теперь проведем трендовый анализ по всем показателям водопотребления (табл. 1) при помощи полиноминального уравнения второй степени. Этот тип уравнения наиболее подходит под тип данных таблицы и выведет легко описываемые и понятные графики.

Для осуществления анализа методологической базой послужила методология анализа данных Microsoft office Excel.

Рис. 1. Использование воды на орошение и сельскохозяйственное водоснабжение в РФ с 1993 по 2008 гг.

Из рис. 1 видно, что в 1993 году на орошение и сельскохозяйственное водоснабжение использовалось наибольшее количество воды (17 км куб.). После этого наблюдается резкий спад. На мой взгляд, это связано со снижением продуктивности сельского хозяйства.



Рис. 2. Использование воды на производственные нужды в РФ с 1993 по 2008 гг.

Анализируя рис. 2 я увидела, что использование воды на производственные нужды имеет два пика, которые приходятся на 1993 год (53,5 км³.) и на 2001 год (43,1 км³.). А также можно наблюдать два спада, которые прослеживаются в 1994 году (47,5 км³.) и в 1998 году (41,3 км³.). После этого прослеживается постепенный подъем, что связано с интенсивным ростом производства, а следовательно и затрат воды на него.

Рис. 3. Использование воды на хозяйственно-питьевые нужды в РФ с 1993 по 2008 гг.

Рис. 3 иллюстрирует использование воды на хозяйственно-питьевые нужды в РФ. Здесь мы наблюдаем пик в 1993 году, затем постепенный спад использования воды. В 1997 и в 1999 гг. использовалось самое наименьшее количество воды на хозяйственно-питьевые нужды. А после 2002 года наблюдается тенденция к снижению, причем резкому использования воды на хозяйственно-питьевые нужды. Это может быть связано с сокращением численности населения.

3.5 Периодизация постсоветского периода водопотребления с помощью кластерного анализа

Кластерный анализ - это совокупность методов, позволяющих классифицировать многомерные наблюдения. Он занимает важное место в тех отраслях науки, которые связаны с изучением массовых явлений и процессов. Необходимость использования методов кластерного анализа обусловлена тем, что они помогают построить научно обоснованные классификации, выявить внутренние связи, между единицами наблюдаемой совокупности

Методы кластерного анализа можно разделить на две группы: агломеративные (объединяющие последовательно отдельные объекты в группы) и дивизимные (разделяющие группы на отдельные объекты). Существуют также методы, которые трудно отнести к первой или второй группе, например, итеративные методы: метод k - средних, метод поиска сгущений. Их характерная особенность в том, что кластеры формируются исходя из задаваемых условий разбиения, которые в процессе работы алгоритма могут быть изменены пользователем для достижения желаемого качества разбиения. В отличие от агломеративных и дивизимных, итеративные методы относятся к быстродействующим, что позволяет использовать их для обработки больших массивов исходной информации.

На основе данных исходной таблицы, которая приведена выше (табл. 1) я с помощью программы Statistica построила дендрограмму кластерного анализа по 3 признакам (рис.4).

Рис.4. Периодизация постсоветского периода водопотребления РФ

Анализируя рис.4 видно, что в результате проведения кластерного анализа было выделено 4группы:

К первой группе относится 1993 год. По всем показателям этот год характеризуется пиком. Это объясняется тем, что в это время было много работающих заводов, фабрик, предприятий. Демографический показатель был весьма высок. Следовательно, все это повлекло за собой интенсивное водопотребление, и за счет этого 1993 год отличается наиболее высокими показателями.

Вторая группа с 1994-1997гг. характеризует медленный спад показателей по всем признакам. В этот период экономика России прошла стадию затяжного структурного кризиса. Производство «стояло» в нерабочем виде, и конечно не требовалось водоснабжение. Снизилось поступление доходов в федеральный бюджет, что привело к снижению ВВП. Все это привело к низкому водопотреблению РФ.

К третьей группе относится период с 1998-2003гг. Сокращение показателей по всем объектам объясняется сложной экономической позицией России. Миграция рабочей силы, следовательно, сокращение демографического показателя, финансовый кризис-падение рубля. Все эти показатели застойной экономической ситуации в России привели к спаду водопотребления.

К четвертой группе относится период с 2004-2008гг. Этот период характеризуется интенсивным спадом показателей. Это объясняется снижением продуктивности с/х, с сокращением численности населения. Водопотребление на производственные нужды начало постепенно стимулироваться, это объясняется интенсивным ростом производства, а следовательно и затрат воды на него.

Заключение

В ходе написания данной курсовой работы были рассмотрены структура водопотребления в РФ, изучены основные источники загрязнения водных ресурсов в РФ, а так же проведены математические анализы водопотребления РФ.

Запасы и качество природных вод крайне неравномерно распределены по территории России. Структура водопотребления включает в себя коммунальное водоснабжение, промышленное водоснабжение, сельскохозяйственное водоснабжение, водный транспорт, рыбное хозяйство и рекреации. Основными источниками загрязнения водоёмов служат предприятия чёрной и цветной металлургии, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной, лёгкой промышленности. Водное законодательство России состоит из Водного кодекса Российской Федерации и принимаемых в соответствии с ним федеральных законов и иных нормативно-правовых актов, а также законов и нормативно-правовых актов субъектов РФ.

Также проведен количественный анализ тенденций использования водных ресурсов в РФ в программе STATISTICA и в Microsoft office Excel. В ходе анализа тенденций использования воды в РФ я пришла к выводу, что объемы использования воды на орошение и сельскохозяйственное водоснабжение заметно сокращаются, с 1993 года и по сей день. На мой взгляд, это связано со снижением продуктивности сельского хозяйства. Использование воды на производственные нужды в РФ в постсоветский период имело небольшой спад, но в принципе наблюдается тенденция к увеличению объемов использования воды. Естественно, что это связано с ростом промышленного производства. А вот использование воды на хозяйственно-питьевые нужды имеет тенденцию к уменьшению объемов использования воды. Возможно, что это связано с сокращением численности населения.

В ходе корреляционного анализа я выявила наиболее значимые связи между производственными нуждами и нуждами на орошение и с/х (R=0.92); они близки к нормальным значениям (то есть стремятся к 1),а связи между питьевыми и производственными нуждами коррелируют в меньшей степени.

В дальнейшем я провела с ними регрессионный анализ зависимости суммарного объема водопотребления от орошения и производственных нужд.

. В результате я выявила зависимость использования всей воды от орошения и производственных нужд. На основании проведенных расчетов получено следующее уравнение регрессии.

С=16,64573+1,55137*О-0,78156*П

Все параметры, которые входят в уравнения регрессии имеют высокую значимость

В данном уравнении регрессии, в котором зависимым показателем является вся вода, изменчивость значений составляет 0,99, что примерно составляет 99%, неизвестным остается 1%

Проводя кластерный анализ я проводила выборку объектов за промежуток времени, и при анализе дендрограмм были выявлены группы схожих объектов водопотребления в Постсоветский период РФ.

В результате проведения кластерного анализа было выделено 4группы:

К первой группе относится 1993 год. По всем показателям этот год характеризуется пиком. Это объясняется тем, что в это время было много работающих заводов, фабрик, предприятий. Демографический показатель был весьма высок. Следовательно, все это повлекло за собой интенсивное водопотребление, и за счет этого 1993 год отличается наиболее высокими показателями.

Вторая группа с 1994-1997гг. характеризует медленный спад показателей по всем признакам. В этот период экономика России прошла стадию затяжного структурного кризиса. Снизилось поступление доходов в федеральный бюджет, что привело к снижению ВВП. Все это привело к низкому водопотреблению РФ.

К третьей группе относится период с 1998-2003гг. Сокращение показателей по всем объектам объясняется сложной экономической позицией России. Миграция рабочей силы, финансовый кризис-падение рубля. Все эти показатели застойной экономической ситуации в России привели к спаду водопотребления.

К четвертой группе относится период с 2004-2008гг. Этот период характеризуется интенсивным спадом показателей. Это объясняется снижением продуктивности с/х, с сокращением численности населения. Водопотребление на производственные нужды начало постепенно

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Государственные доклады "О состоянии окружающей природной среды "Российской Федерации" за 1993-й, 1994-й, 1995-й, 1996-й, 1997-й, 1998 гг. - М.: Госкомэкологии РФ.

2. Математические методы в экологических и географических исследованиях: Учеб.пособие для студ. Вузов / Юрий Георгиевич Пузаченко. - М.: Академия, 2004. - 416с.

3. Методы и средства анализа данных в среде Windows STADIA 6.0.: Учеб.пособие/ А.П. Кулаичев. - М.: НПО Информатика и компьютеры, 1998. - 265с.

4. Практикум по математической статистике для студентов нематематических факультетов: Учебное пособие/ под ред. Шеенко П. С. - Комсомольск-на-Амуре: Изд-во Комсом н/А гос. пед. ун-та, 2001. - 116с.

5. Природные ресурсы Российской Федерации (аналитический обзор) / Под ред. В.П.Орлова и др. - М.: Дрофа, 1998. - 145с.

6. Рациональное использование водных ресурсов: Учеб. пособие/ Под ред. А.Б. Авакяна и др. - Екатеринбург: Виктор - Екатеринбург, 1994. - 320с.

7. Сайт Федеральной службы Государственной статистики: http://www.gks.ru/.

8. Слово о воде. О.А. Спенглер- Ленинград: Гидрометиоиздат- Ленинград, 1980. - 148с.

9. Статистический анализ данных на компьютере. Тюрин Ю.Н. и др. - М.: Инфра, 1998. - 156с.

10. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. Боровиков В.П. и др. - М.: Филинъ, 1997. - 245с.

11. Теория статистики. Громыко Г.Л. - М.: ИНФРА-М, 2000. - 205с.

12. Экология и охрана природы: Словарь-справочник. Снакин В.В.- М.: Академия, 2000. - 201с.

Размещено на Allbest.ru