張 軍

(吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林 長春 130021)

吉林省中部城市引松供水二期工程(以下簡稱“吉林引松供水二期工程”)是中部供水工程的重要組成部分，利用正在建設(shè)的中部供水工程總干線、長春干線、四平干線、遼源干線，將干線的水量通過支線及水庫調(diào)蓄后輸送到長春市、四平市和遼源市及其所屬11個市(縣、區(qū))，是中部供水工程發(fā)揮效益的重要步驟和保障。進行吉林引松供水二期工程需水預(yù)測是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用、水資源合理配置的前提，是合理確定吉林引松供水二期工程10條支線的設(shè)計流量和引水規(guī)模重要基礎(chǔ)。

1 需水預(yù)測思路及方法

目前國內(nèi)水資源規(guī)劃和工程設(shè)計中采用的需水預(yù)測方法大致分為定額預(yù)測方法、趨勢預(yù)測方法、數(shù)字模型法、指數(shù)預(yù)測方法等。這些方法均以現(xiàn)有的水資源統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于用水機理和統(tǒng)計規(guī)律，以指標(biāo)分析為線索，判斷未來經(jīng)濟社會發(fā)展的水資源需求。為了尋找更加適合本工程實際要求的需水預(yù)測方法，筆者主要對比了趨勢預(yù)測和定額預(yù)測兩種方法，對吉林省中部地區(qū)城鎮(zhèn)2020、2030年需水情況進行預(yù)測，通過合理性分析找到兩種方法的適用性，為以后選擇需水預(yù)測方法做參考。

1.1 趨勢預(yù)測法

趨勢預(yù)測法主要依據(jù)長系列供水和用水統(tǒng)計資料，規(guī)劃設(shè)計水平年需水量的預(yù)測方法，該方法主要將規(guī)劃設(shè)計水平年的用水需求和歷史長系列的用水量相聯(lián)系，不計入其他任何影響因素。在使用的預(yù)測模型中該方法需要的數(shù)據(jù)較少，計算也比較簡單。具體計算方法較多，圖形法和數(shù)學(xué)計算方法為常用方法，其中函數(shù)關(guān)系通常采用線性、非線性、指數(shù)關(guān)系等。用選取的用于建模的長系列數(shù)據(jù)序列，建立與時間相關(guān)的模型，具體公式如下：

線性模型：

Wt=x+y×T

(1)

指數(shù)模型：

Wt=x×ey*T

(2)

式中，Wt—預(yù)測年份的需水量；T—預(yù)測年份，x、y—模型參數(shù)。

趨勢預(yù)測法適用于長系列用水量變化有顯著規(guī)律性的情況，趨勢法推算函數(shù)方程可以通過Excel表格的擬合函數(shù)功能來簡單實現(xiàn)。需水預(yù)測通常需要相關(guān)地區(qū)的國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃和城市總體發(fā)展規(guī)劃等資料，而部分地區(qū)缺乏相關(guān)社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃等資料，趨勢預(yù)測法可以很好地解決上述資料不足的影響。但趨勢法應(yīng)用的前提條件是時間序列有一定的長度且本身變化穩(wěn)定，擬合曲線均方差要小。同時，趨勢法是利用長系列的歷史用水統(tǒng)計資料規(guī)律來進行預(yù)測，當(dāng)系列資料較短時，趨勢法推算規(guī)劃年需水時，預(yù)測的精度較差，同時預(yù)測精度隨著周期的加長而降低。對于需水預(yù)測來說，規(guī)劃設(shè)計水平年需水受經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等多種因素的綜合影響，現(xiàn)階段還沒有一種方法能定量分析出眾多因素對需水量預(yù)測的影響，因此趨勢預(yù)測方法也是需水預(yù)測的常用方法之一。

1.2 定額預(yù)測法

定額預(yù)測法主要涉及到相關(guān)地區(qū)國民經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)和相關(guān)行業(yè)用水定額的預(yù)測。國民經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)主要包括人口預(yù)測指標(biāo)，第一產(chǎn)業(yè)的農(nóng)田灌溉面積、牲畜數(shù)量等，第二產(chǎn)業(yè)的工業(yè)、建筑業(yè)增加值，第三產(chǎn)業(yè)的增加值等指標(biāo)。用水定額采用人均日生活用水量，農(nóng)田畝均用水量，工業(yè)，建筑，三產(chǎn)萬元增加值用水量等指標(biāo)表示，該方法是現(xiàn)階段在我國水資源規(guī)劃和工程設(shè)計中應(yīng)用最廣泛的方法。定額法的缺點主要體現(xiàn)在，對國民經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)的預(yù)測誤差和相關(guān)行業(yè)用水定額預(yù)估誤差兩方面，國民經(jīng)濟發(fā)展預(yù)測指標(biāo)影響因素較多，而且有些因素是不可預(yù)測的，目前都是依據(jù)現(xiàn)有的各行業(yè)發(fā)展規(guī)劃對未來國民經(jīng)濟指標(biāo)做出的預(yù)測，所以存在有些指標(biāo)估計不足，和未來發(fā)展有差距。對各行業(yè)用水定額的預(yù)測，特別是5年以上的相關(guān)行業(yè)定額預(yù)測，缺乏有效的定量和檢測手段。因此定額預(yù)測法在實際應(yīng)用中應(yīng)對國民經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)和用水定額指標(biāo)的預(yù)測多搜集相關(guān)行業(yè)部門的資料，多做相關(guān)分析，請各行業(yè)相關(guān)專家多做論證，完全可以提高預(yù)測的精度，把需水預(yù)測誤差控制在合理的范圍內(nèi)。

2 需水預(yù)測成果

2.1 趨勢預(yù)測法成果

對中部地區(qū)城鎮(zhèn)近20年用水量增長過程分析，按照其用水規(guī)律發(fā)展趨勢,預(yù)測中部地區(qū)2020、2030年需水量，根據(jù)對中部地區(qū)城鎮(zhèn)水資源調(diào)查成果，中部地區(qū)城鎮(zhèn)1994—2013年用水量見表1，由表1可以描繪出吉林省中部地區(qū)城鎮(zhèn)用水量變化趨勢圖，如圖1所示。

表1 吉林省中部地區(qū)城鎮(zhèn)用水量統(tǒng)計 單位：萬m3

圖1 吉林省中部地區(qū)歷年用水量發(fā)展趨勢圖

本次分別用線性、指數(shù)函數(shù)對歷年用水量進行曲線擬合，用擬合后的方程分別推算吉林省中部地區(qū)城鎮(zhèn)2020年、2030年用水量。

采用線性擬合的方程：

y=2530.6×x-5×106

(3)

采用指數(shù)擬合的方程：

y=2×10-34e0.0443x

(4)

分別根據(jù)上述擬合的方程得到吉林省中部地區(qū)城鎮(zhèn)2020、2030年的用水量，見表2。

表2 吉林省中部地區(qū)城鎮(zhèn)需水預(yù)測(趨勢法)成果 單位：萬m3

2.2 定額法預(yù)測成果

依據(jù)《振興吉林老工業(yè)基地規(guī)劃綱要》《吉林省新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》以及省內(nèi)具有權(quán)威性研究部門提出的重大課題等成果，對吉林省中部地區(qū)經(jīng)濟未來增長情況進行了分析預(yù)測，中部地區(qū)經(jīng)濟是吉林省經(jīng)濟的重心，將集中發(fā)展其優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，如長春地區(qū)以汽車產(chǎn)業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)、以光電子信息、生物制藥等為先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)；四平市以農(nóng)產(chǎn)品加工、機械加工制造、冶金及建材工業(yè)為基礎(chǔ)，并改造及提升醫(yī)藥、輕紡、電子工業(yè)等產(chǎn)業(yè)；遼源地區(qū)主要發(fā)展紡織、造紙、化工、冶金、食品加工、能源、采掘業(yè)及制造業(yè)等行業(yè)，并對各市縣行業(yè)發(fā)展進行了預(yù)測。具體經(jīng)濟預(yù)測指標(biāo)見表3。

表3 中部地區(qū)經(jīng)濟指標(biāo)預(yù)測成果表

對吉林省中部地區(qū)城鎮(zhèn)用水按行業(yè)分為生活用水、工業(yè)用水、建筑業(yè)用水、三產(chǎn)用水和生態(tài)用水，其中生活用水以現(xiàn)狀水平年用水定額調(diào)查為基礎(chǔ)，對規(guī)劃水平年按城鎮(zhèn)級別用水定額進行生活需水預(yù)測。工業(yè)需水定額是在各業(yè)用水典型調(diào)查的基礎(chǔ)上，參照全國水資源綜合規(guī)劃專題研究《二三產(chǎn)業(yè)用水與節(jié)水指標(biāo)研究》成果分析確定的，按照高用水工業(yè)、火力發(fā)電、一般工業(yè)分類研究，其中，高用水工業(yè)分為紡織、造紙、石化、冶金、食品、化工等六個行業(yè)。采用萬元增加值需水量作為工業(yè)需水定額，在對各行業(yè)現(xiàn)狀節(jié)水水平分析的基礎(chǔ)上，參考目前國內(nèi)外先進行業(yè)用水水平，為體現(xiàn)工業(yè)各行業(yè)用水水平及反映產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對需水量的影響，對工業(yè)各行業(yè)經(jīng)濟指標(biāo)及用水定額分別進行預(yù)測，按定額法進行工業(yè)需水量進行預(yù)測。第三產(chǎn)業(yè)用水按增加值預(yù)測。城鎮(zhèn)生態(tài)需水預(yù)測按指標(biāo)定額法預(yù)測。需水預(yù)測中考慮了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)經(jīng)濟條件、節(jié)水措施等因素。吉林省中部地區(qū)2020、2030年各行業(yè)需水預(yù)測成果見表4。

表4 中部地區(qū)城鎮(zhèn)需水預(yù)測(定額法)成果 單位：萬m3

3 合理性分析

合理性分析包括各類預(yù)測指標(biāo)發(fā)展變化趨勢的合理性分析，各行業(yè)用水變化趨勢的合理性分析。長春市、九臺市、德惠市、四平市、公主嶺市、遼源市六座供水城市1994—2013年總用水量年均增長4.6%，其中生活用水年均增長4.35%，工業(yè)用水總量年均增長2.8%。從全國大多數(shù)城市用水看，需水總量的增長趨勢是逐步趨緩，本工程供水城鎮(zhèn)現(xiàn)狀用水較為緊張，需水增長會出現(xiàn)近期較快、后期逐步減緩的趨勢，總體趨勢是下降的。趨勢法預(yù)測時只考慮了歷史的用水變化規(guī)律情況，未考慮未來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整而產(chǎn)生的需水變化，與實際用水相差較大；定額法則相對較為復(fù)雜，不僅要對過去的經(jīng)濟指標(biāo)、用水定額、用水量進行總結(jié)，且需對未來各行業(yè)的經(jīng)濟指標(biāo)和用水定額做出合理的預(yù)測。吉林引松供水二期工程由于涉及的供水城鎮(zhèn)眾多，各城鎮(zhèn)經(jīng)濟社會發(fā)展水平各不相同，用水水平也不相同，因此定額法更能結(jié)合各個供水城鎮(zhèn)的具體特點進行需水預(yù)測，從而保證水資源配置的合理性，合理確定各個支線的引水規(guī)模。

4 結(jié)語

目前需水預(yù)測方法都存在較大的主觀因素，存在進一步改進的空間，但從長期發(fā)展和實際工程看，定額法預(yù)測仍是需水預(yù)測的主要方法，本文通過工程實例，選取了趨勢法和定額法進行需水預(yù)測，通過合理分析選定了定額法作為工程設(shè)計的采用方法，表明在實際的工作中，定額法相對于其他方法更適合于工程規(guī)劃、設(shè)計等工作。需水預(yù)測涉及到國民經(jīng)濟和社會各個行業(yè)，科學(xué)合理的需水預(yù)測成果不是只靠設(shè)計人員和水利部門能夠單獨完成的，不僅要有科學(xué)的預(yù)測方法，更需要大量的可靠的各部門用水情況和社會各個行業(yè)發(fā)展方向的數(shù)據(jù)作為支撐，才能保證需水預(yù)測成果的合理性。