王艷芳，鮑文菊

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

龍江縣龍江鎮(zhèn)工業(yè)需水量預測

王艷芳，鮑文菊

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

隨著加快新型工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設步伐，城鎮(zhèn)工業(yè)需水量逐年增加，預測工業(yè)需水量則關系到該地區(qū)用水結構改變和水資源合理配置。同時，工業(yè)需水預測方法有很多，其定量預測方法主要有因果分析法、延伸預測法和其他方法等，不同方法應用范圍和精確度都存在一定問題。針對小城鎮(zhèn)的需水預測來說，資料要求較高且考慮因素較多的方法并不適用，本文從龍江鎮(zhèn)的實際情況出發(fā)，利用常用的并已經較為成熟的預測方法來預測龍江鎮(zhèn)未來工業(yè)需水，并總結出各種方法的使用條件及差異等。

工業(yè)需水量;預測方法;因果分析法;延伸預測法

1 概述

龍江縣隸屬于黑龍江省齊齊哈爾市，位于齊齊哈爾西部，地處大興安嶺南麓與松嫩平原過度地帶。龍江鎮(zhèn)是龍江縣的政府、經濟、文化、綜合服務中心，位于龍江縣中部偏東北，建成區(qū)面積為16.85 km2。

龍江縣處于齊齊哈爾城市經濟圈內，作為“哈大齊工業(yè)走廊”重要組成部分，近幾年城區(qū)建設與發(fā)展迅速，尤其是工業(yè)區(qū)的發(fā)展和建設，工業(yè)需水量越來越大。

工業(yè)需水預測無論是對城市城市給水系統(tǒng)的設計或是對于水資源配置研究而言，都是非常重要的課題。

工業(yè)需水量是水資源規(guī)劃和合理配置的主要依據，合理預測工業(yè)需水量對實現水資源的可持續(xù)利用和經濟社會的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義［1-3］。

2 工業(yè)需水預測不同方法

工業(yè)需水預測的方法歸納起來大致可分為3大類，即因果分析法、延伸預測法和其他方法。

因果分析法是通過尋找工業(yè)需水與其他影響因素變量之間的存在因果相關關系，通過統(tǒng)計分析找出其中的規(guī)律，確定工業(yè)需水與影響因素之間的函數關系。包括回歸分析法、彈性系數法、重復利用率提高法等［4-5］。

延伸預測法是根據工業(yè)需水量的歷史數據的變化規(guī)律，對未來進行預測的方法。該方法需要具有時間序列關系的工業(yè)用水量數據。主要包括趨勢預測法、灰色預測法、時間序列法等。

其他方法主要包括系統(tǒng)動力模型、馬爾科夫法等。

本次根據龍江鎮(zhèn)社會經濟發(fā)展及工業(yè)發(fā)展情況，本次主要采用適用于中小城市工業(yè)需水預測的方法預測，有因果分析法中的回歸分析法、彈性系數法和重復利用率提高法以及延伸預測法中的趨勢預測法等4種成熟且常規(guī)的預測方法來預測龍江縣龍江鎮(zhèn)近期(2020水平年)工業(yè)需水量。

2.1 因果分析法

2.1.1 回歸分析法

回歸分析法是選取工業(yè)需水量的若干影響因素，對工業(yè)需水與這些因素之間的關系進行分析判斷后，列出回歸模型方程。

該方法又可分為很多種，如經驗回歸法、線性回歸法、指數回歸法等，所選的影響因素主要有人口、產值等。

采用不同的回歸方法，會存在不同的回歸方程。本文中選取工業(yè)增加值作為工業(yè)需水量的主要影響因素，分析近些年兩者之間的相關關系，通過不同的數學回歸模型的試算，選用指數回歸法進行預測，其回歸模型方程為:

式中:Y為萬元工業(yè)增加值需水量，104m3;X為工業(yè)增加值，億元;a、b為回歸系數。

根據調查統(tǒng)計到的龍江鎮(zhèn)近5 a工業(yè)增加值用水量及工業(yè)增加值資料，通過計算得出回歸系數a為0.46，回歸常數b為2.3。

2.1.2 重復利用率提高法

該方法考慮了萬元產值需水量與工業(yè)用水重復利用率兩者的內在因果聯系。

一般情況下，一個地區(qū)的工業(yè)結構不發(fā)生根本變化時，萬元增加值用水主要取決于重復利用率，隨著重復利用率的不斷提高，萬元增加值用水將不斷下降。

此外，將生產設備更新、工藝流程改進等條件予以考慮，增加修正系數，使得預測更加合理［6-8］。

本次依據《松遼流域微觀用水定額指標體系研究》，萬元工業(yè)增加值用水量與用水量重復利用率的關系計算公式為:

式中:q2為規(guī)劃預測水平年萬元增加值新水量，m3/萬元;q1為現狀水平年合理萬元增加值新水量，m3/萬元;η2為規(guī)劃預測水平年用水量重復利用率;η1為現狀水平年用水量重復利用率;α綜合影響因子(包括科技進步、產品結構等因素)，一般在0.02～0.05;n為預測年份長度。

根據龍江鎮(zhèn)調查統(tǒng)計成果，2010年工業(yè)用水重復利用率為36%，根據節(jié)水要求，考慮今后一段時期替代產業(yè)發(fā)展及節(jié)水水平的提高，工業(yè)萬元增加值耗水量仍將呈現下降趨勢，結合當地主要工業(yè)行業(yè)的調整改造發(fā)展計劃，預測近期2020年工業(yè)用水重復利用率為55%。

按上述公式及重復利用率計算規(guī)劃水平年萬元增加值新水量為26 m3/萬元。

2.1.3 彈性系數法

該方法仍以工業(yè)增加值作為工業(yè)需水的主要影響因素，工業(yè)用水彈性系數是指工業(yè)用水的增長率與同期工業(yè)增加值增長率之比，計算公式為:

式中:k為彈性系數;a為工業(yè)用水年增長率;b為為工業(yè)增加值年增長率。

根據龍江鎮(zhèn)近5 a工業(yè)增加值和工業(yè)用水量的資料，分析工業(yè)用水、工業(yè)增加值增長變化的趨勢，并參考周邊縣市的情況，來確定未來不同時間段的工業(yè)需水彈性系數取值，本次通過計算得出龍江鎮(zhèn)近5 a工業(yè)用水對其增加值的彈性系數為0.40，至2020年左右龍江縣工業(yè)結構調整改造基本完成，工業(yè)需水量增長平緩，彈性系數亦將逐漸降低，因此確定彈性系數為0.30。

2.2 延伸預測法

本文主要利用延伸預測法中的趨勢預測法對工業(yè)需水量進行預測。

該方法先確定歷史數據的變化趨勢，如線性、指數或S型曲線，然后對其中未知參數進行估計，得出曲線方程，利用方程進行預測。

本文通過對龍江鎮(zhèn)近些年工業(yè)用水量進行分析，得出工業(yè)用水增長率，用該增長率來推算未來工業(yè)需水量。

其計算公式為:

式中:Si為預測年份的工業(yè)需水量，104m3;S0為預測起始年份的工業(yè)需水量，104m3;d為工業(yè)需水量平均增長率;n為起始年份至預測年份的年限。

通過龍江鎮(zhèn)近5 a工業(yè)用水量調查統(tǒng)計分析，得出工業(yè)用水量增長率為4.47%。

2.3 不同方法預測成果

根據上述描述的方法，并結合龍江鎮(zhèn)近遠期預測的工業(yè)增加值，可計算得到不同方法所求得的2020規(guī)劃水平年的工業(yè)需水量預測成果。詳見表1。

3 成果分析

通過這幾種方法預測成果比較分析，延伸預測法較因果分析法預測成果偏大，最大與最小成果相差15%以內，其中因果分析法中重復利用率提高法成果最小，為963×104m3，回歸分析法以及彈性系數法居中。

表1 各方法所得的工業(yè)需水預測成果表

根據預測成果得出的工業(yè)用水增長率在3.12%～4.47%。

趨勢預測法成果大，主要原因是采用現狀水平年以前的工業(yè)用水資料來預測未來工業(yè)需水情況，未考慮產業(yè)結構調整、工業(yè)節(jié)水、科學合理用水等條件的影響。

而龍江縣近些年來控制發(fā)展高耗水、高耗能的產業(yè)，對傳統(tǒng)工業(yè)也加快了更新改造速度，不斷提高工業(yè)冷卻水循環(huán)率，改造舊設備及推廣節(jié)水型生產工藝，故該方法雖然簡單，但不適合該地區(qū)未來工業(yè)需水預測［9-10］。

回歸分析法是建立在工業(yè)產值與需水量有較好相關性的基礎上，而本次調查統(tǒng)計到的龍江鎮(zhèn)資料較短，且工業(yè)各行業(yè)間用水差異較大，兩者相關程度不太好，相關系數不高，故不采用該方法預測成果。

重復利用率提高法與彈性系數法均是在一個地區(qū)的工業(yè)結構基本不變的情況進行預測的。龍江鎮(zhèn)目前工業(yè)結構日趨穩(wěn)定，至2020年能夠基本不發(fā)生根本變化，因此萬元增加值用水主要取決于重復利用率，故采用重復利用率提高法和彈性系數法均是比較合理［11］。

4 結論

本文利用常規(guī)的四種方法對龍江縣龍江鎮(zhèn)近期工業(yè)需水量的預測，將各種方法的結果進行了比較分析，最終選取符合龍江鎮(zhèn)客觀實際的預測方法。下面總結一下這4種常規(guī)方法的適用條件:

1)回歸分析法主要適用于工業(yè)產值、需水量關系相對比較穩(wěn)定的工業(yè)企業(yè)需水預測。

在利用該方法進行預測時，重要的是要對回歸系數、回歸方程進行檢驗，以判定預測模型的合理性和適用性。

兩者相關系數較高，則表明關系方程的假設是合理的，可以采用該方法進行預測，否則不能采用該方法。

2)重復利用率提高法是目前比較成熟和常用的方法，在目前狠抓節(jié)約用水創(chuàng)建節(jié)水型工業(yè)的目標條件下，提高用水重復利用率以降低補給水量，在這種情況下，采用先進的工藝流程和節(jié)水措施，若不考慮提高工業(yè)用水重復利用率提高因素而采用趨勢預測法和回歸分析法來預測，顯然行不通，也不符合用水發(fā)展規(guī)律。

3)彈性系數法是利用工業(yè)用水彈性系數在一段時間內基本不變這一規(guī)律來進行未來需水量的預測。

在工業(yè)結構基本不變的情況下，使用該方法可得到比較符合實際的數值，適用于中長期工業(yè)需水預測。

4)趨勢預測法要求工業(yè)需水量的歷史統(tǒng)計資料系列較長，且可靠程度高。

而實際情況中小城鎮(zhèn)的用水量資料并不完整且精度較差，若用該方法預測則結果會出現較大的偏差。

另外，并未考慮技術因素和管理因素的變化對工業(yè)需水的影響。

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TU991

B

1007-7596(2014)05-0246-03

2013-12-12

王艷芳(1982-)，女，河南焦作人，工程師，從事水利工程設計工作;鮑文菊(1986-)，女，河北秦皇島人，工程師，從事水利工程設計工作。