張 軍

(吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130021)

吉林省中部城市引松供水二期工程(以下簡(jiǎn)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(zhǎng)春干線、四平干線、遼源干線，將干線的水量通過(guò)支線及水庫(kù)調(diào)蓄后輸送到長(zhǎng)春市、四平市和遼源市及其所屬11個(gè)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(jìn)行吉林引松供水二期工程需水預(yù)測(cè)是實(shí)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(jì)流量和引水規(guī)模重要基礎(chǔ)。

1 需水預(yù)測(cè)思路及方法

目前國(guó)內(nèi)水資源規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)中采用的需水預(yù)測(cè)方法大致分為定額預(yù)測(cè)方法、趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法、數(shù)字模型法、指數(shù)預(yù)測(cè)方法等。這些方法均以現(xiàn)有的水資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于用水機(jī)理和統(tǒng)計(jì)規(guī)律，以指標(biāo)分析為線索，判斷未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的水資源需求。為了尋找更加適合本工程實(shí)際要求的需水預(yù)測(cè)方法，筆者主要對(duì)比了趨勢(shì)預(yù)測(cè)和定額預(yù)測(cè)兩種方法，對(duì)吉林省中部地區(qū)城鎮(zhèn)2020、2030年需水情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)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(cè)方法做參考。

1.1 趨勢(shì)預(yù)測(cè)法

趨勢(shì)預(yù)測(cè)法主要依據(jù)長(zhǎng)系列供水和用水統(tǒng)計(jì)資料，規(guī)劃設(shè)計(jì)水平年需水量的預(yù)測(cè)方法，該方法主要將規(guī)劃設(shè)計(jì)水平年的用水需求和歷史長(zhǎng)系列的用水量相聯(lián)系，不計(jì)入其他任何影響因素。在使用的預(yù)測(cè)模型中該方法需要的數(shù)據(jù)較少，計(jì)算也比較簡(jiǎn)單。具體計(jì)算方法較多，圖形法和數(shù)學(xué)計(jì)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(zhǎng)系列數(shù)據(jù)序列，建立與時(shí)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(cè)年份的需水量；T—預(yù)測(cè)年份，x、y—模型參數(shù)。

趨勢(shì)預(yù)測(cè)法適用于長(zhǎng)系列用水量變化有顯著規(guī)律性的情況，趨勢(shì)法推算函數(shù)方程可以通過(guò)Excel表格的擬合函數(shù)功能來(lái)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。需水預(yù)測(cè)通常需要相關(guān)地區(qū)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃等資料，趨勢(shì)預(yù)測(cè)法可以很好地解決上述資料不足的影響。但趨勢(shì)法應(yīng)用的前提條件是時(shí)間序列有一定的長(zhǎng)度且本身變化穩(wěn)定，擬合曲線均方差要小。同時(shí)，趨勢(shì)法是利用長(zhǎng)系列的歷史用水統(tǒng)計(jì)資料規(guī)律來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)，當(dāng)系列資料較短時(shí)，趨勢(shì)法推算規(guī)劃年需水時(shí)，預(yù)測(cè)的精度較差，同時(shí)預(yù)測(cè)精度隨著周期的加長(zhǎng)而降低。對(duì)于需水預(yù)測(cè)來(lái)說(shuō)，規(guī)劃設(shè)計(jì)水平年需水受經(jīng)濟(jì)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(méi)有一種方法能定量分析出眾多因素對(duì)需水量預(yù)測(cè)的影響，因此趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法也是需水預(yù)測(cè)的常用方法之一。

1.2 定額預(yù)測(cè)法

定額預(yù)測(cè)法主要涉及到相關(guān)地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)和相關(guān)行業(yè)用水定額的預(yù)測(cè)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)主要包括人口預(yù)測(cè)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(wàn)元增加值用水量等指標(biāo)表示，該方法是現(xiàn)階段在我國(guó)水資源規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的方法。定額法的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)的預(yù)測(cè)誤差和相關(guān)行業(yè)用水定額預(yù)估誤差兩方面，國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測(cè)指標(biāo)影響因素較多，而且有些因素是不可預(yù)測(cè)的，目前都是依據(jù)現(xiàn)有的各行業(yè)發(fā)展規(guī)劃對(duì)未來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)指標(biāo)做出的預(yù)測(cè)，所以存在有些指標(biāo)估計(jì)不足，和未來(lái)發(fā)展有差距。對(duì)各行業(yè)用水定額的預(yù)測(cè)，特別是5年以上的相關(guān)行業(yè)定額預(yù)測(cè)，缺乏有效的定量和檢測(cè)手段。因此定額預(yù)測(cè)法在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)和用水定額指標(biāo)的預(yù)測(cè)多搜集相關(guān)行業(yè)部門(mén)的資料，多做相關(guān)分析，請(qǐng)各行業(yè)相關(guān)專家多做論證，完全可以提高預(yù)測(cè)的精度，把需水預(yù)測(cè)誤差控制在合理的范圍內(nèi)。

2 需水預(yù)測(cè)成果

2.1 趨勢(shì)預(yù)測(cè)法成果

對(duì)中部地區(qū)城鎮(zhèn)近20年用水量增長(zhǎng)過(guò)程分析，按照其用水規(guī)律發(fā)展趨勢(shì),預(yù)測(cè)中部地區(qū)2020、2030年需水量，根據(jù)對(duì)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(jiàn)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(shì)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(jì) 單位：萬(wàn)m3

圖1 吉林省中部地區(qū)歷年用水量發(fā)展趨勢(shì)圖

本次分別用線性、指數(shù)函數(shù)對(duì)歷年用水量進(jìn)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(jiàn)表2。

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

2.2 定額法預(yù)測(cè)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(mén)提出的重大課題等成果，對(duì)吉林省中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)未來(lái)增長(zhǎng)情況進(jìn)行了分析預(yù)測(cè)，中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)是吉林省經(jīng)濟(jì)的重心，將集中發(fā)展其優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，如長(zhǎng)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(jī)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(duì)各市縣行業(yè)發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(cè)。具體經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)預(yù)測(cè)成果表

對(duì)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(duì)規(guī)劃水平年按城鎮(zhèn)級(jí)別用水定額進(jìn)行生活需水預(yù)測(cè)。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(guó)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(gè)行業(yè)。采用萬(wàn)元增加值需水量作為工業(yè)需水定額，在對(duì)各行業(yè)現(xiàn)狀節(jié)水水平分析的基礎(chǔ)上，參考目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)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(duì)需水量的影響，對(duì)工業(yè)各行業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及用水定額分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，按定額法進(jìn)行工業(yè)需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。第三產(chǎn)業(yè)用水按增加值預(yù)測(cè)。城鎮(zhèn)生態(tài)需水預(yù)測(cè)按指標(biāo)定額法預(yù)測(cè)。需水預(yù)測(cè)中考慮了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(cè)成果見(jiàn)表4。

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

3 合理性分析

合理性分析包括各類預(yù)測(cè)指標(biāo)發(fā)展變化趨勢(shì)的合理性分析，各行業(yè)用水變化趨勢(shì)的合理性分析。長(zhǎng)春市、九臺(tái)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(zhǎng)4.6%，其中生活用水年均增長(zhǎng)4.35%，工業(yè)用水總量年均增長(zhǎng)2.8%。從全國(guó)大多數(shù)城市用水看，需水總量的增長(zhǎng)趨勢(shì)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(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)近期較快、后期逐步減緩的趨勢(shì)，總體趨勢(shì)是下降的。趨勢(shì)法預(yù)測(cè)時(shí)只考慮了歷史的用水變化規(guī)律情況，未考慮未來(lái)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整而產(chǎn)生的需水變化，與實(shí)際用水相差較大；定額法則相對(duì)較為復(fù)雜，不僅要對(duì)過(guò)去的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、用水定額、用水量進(jìn)行總結(jié)，且需對(duì)未來(lái)各行業(yè)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和用水定額做出合理的預(yù)測(cè)。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(jì)社會(huì)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(gè)供水城鎮(zhèn)的具體特點(diǎn)進(jìn)行需水預(yù)測(cè)，從而保證水資源配置的合理性，合理確定各個(gè)支線的引水規(guī)模。

4 結(jié)語(yǔ)

目前需水預(yù)測(cè)方法都存在較大的主觀因素，存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間，但從長(zhǎng)期發(fā)展和實(shí)際工程看，定額法預(yù)測(cè)仍是需水預(yù)測(cè)的主要方法，本文通過(guò)工程實(shí)例，選取了趨勢(shì)法和定額法進(jìn)行需水預(yù)測(cè)，通過(guò)合理分析選定了定額法作為工程設(shè)計(jì)的采用方法，表明在實(shí)際的工作中，定額法相對(duì)于其他方法更適合于工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)等工作。需水預(yù)測(cè)涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)各個(gè)行業(yè)，科學(xué)合理的需水預(yù)測(cè)成果不是只靠設(shè)計(jì)人員和水利部門(mén)能夠單獨(dú)完成的，不僅要有科學(xué)的預(yù)測(cè)方法，更需要大量的可靠的各部門(mén)用水情況和社會(huì)各個(gè)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(cè)成果的合理性。