東平縣工業(yè)用水預(yù)測(cè)與效益分析

宮儷芹，董 潔

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271000）

東平縣地處泰安市西南部，東西相距55.5km，南北寬44km，總面積1340km2，多年平均地表水資源量為20371萬(wàn)m3，地下水資源量為20606萬(wàn)m3，重復(fù)計(jì)算量7520萬(wàn)m3。縣境內(nèi)有大清河橫貫東西流入東平湖，把東平縣分為黃淮兩個(gè)流域。東平湖作為汶河水系的水流匯集中心，同時(shí)也作為黃河的蓄洪水庫(kù)和南水北調(diào)工程向魯北和膠東供水的樞紐地點(diǎn)[1]。2005—2017年工業(yè)增加值呈現(xiàn)出上漲趨勢(shì)，工業(yè)用水量總體呈上升趨勢(shì)，而東平縣用水總量基本維持不變。

1 工業(yè)用水量預(yù)測(cè)

工業(yè)用水是城市用水的重要組成部分，用水量的多少取決于各類行業(yè)的生產(chǎn)方式、用水管理水平、生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)水平以及自然條件等，同時(shí)也取決于地區(qū)的工業(yè)化水平[2]。目前，進(jìn)行工業(yè)用水預(yù)測(cè)的方法主要有3種，灰色模型法、相關(guān)法、用水定額法。

1.1 灰色模型法

目前，只存在一個(gè)變量的一階灰色模型GM（1，1）計(jì)算簡(jiǎn)便、應(yīng)用范圍較廣，可用于預(yù)測(cè)工業(yè)用水量。GM（1，1）被廣泛用于科學(xué)研究中，為各種領(lǐng)域的發(fā)展起到積極的指引作用[3]。GM（1，1）模型可將無(wú)規(guī)律的歷史實(shí)測(cè)用水量數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，生成一組呈指數(shù)變化的有規(guī)律的數(shù)據(jù)，將該指數(shù)微分方程求出即為建立的預(yù)測(cè)模型[4]。

利用GM（1，1）模型進(jìn)行建模。設(shè)已知的工業(yè)用水量數(shù)據(jù)系列為x0=（x0（1），x0（2），…，x0（n）），另外設(shè)x1（2），…，x1（n））為x0的一階累加序列。其中，x1的均值生成序列：z1（k）=x1（k-1）/2+x1（k）/2（k=2，3，…，n）。

根據(jù)灰色模型理論對(duì)建立關(guān)于t的一元一階微分方程：

根據(jù)方程進(jìn)行累減還原可得工業(yè)用水量預(yù)測(cè)的模型：

2010年?yáng)|平縣的工業(yè)用水量發(fā)生突變，2010年之后用水量數(shù)據(jù)變化平緩，采用2010—2017年的工業(yè)用水量數(shù)據(jù)序列代入模型，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，采用2010—2017年的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行擬合的結(jié)果誤差較小，各年的相對(duì)誤差差別不大，平均誤差為4.986%。實(shí)測(cè)值與擬合值的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.96，精度較高，這也表明利用灰色模型進(jìn)行用水量預(yù)測(cè)的效果較好。利用該模型預(yù)測(cè)2025年?yáng)|平縣工業(yè)用水量為2.696億m3。

表1 東平縣2010—2017年工業(yè)用水量灰色預(yù)測(cè)結(jié)果

1.2 相關(guān)法

建立工業(yè)用水量與工業(yè)增加值的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)分析以往的用水量與工業(yè)增加值數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)工業(yè)用水量。多項(xiàng)式公式：

M=1nN+c

其中：M為工業(yè)用水量，億m3；N為工業(yè)增加值，億元；c為常數(shù)。

依據(jù)現(xiàn)有資料數(shù)據(jù)，代入上述數(shù)學(xué)模型，求得工業(yè)用水量與工業(yè)增加值的擬合多項(xiàng)式。

1.3 定額估算法

對(duì)東平縣用水量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再由預(yù)測(cè)年份的工業(yè)增加值計(jì)算工業(yè)用水量。預(yù)測(cè)公式為：

W=R×G

式中：R為工業(yè)萬(wàn)元增加值用水量，m3/萬(wàn)元；W為工業(yè)用水量，m3；G為工業(yè)增加值，萬(wàn)元。

若按照最嚴(yán)格水資源管理制度的指標(biāo)萬(wàn)元，工業(yè)增加值用水量到2025年降低到9m3/萬(wàn)元左右。按模型推測(cè)的2025年工業(yè)增加值為454.6億元計(jì)算，2025年工業(yè)用水量為4.09億m3。

利用灰色模型法進(jìn)行工業(yè)用水預(yù)測(cè)的精度較高，預(yù)測(cè)結(jié)果接近近幾年實(shí)際用水量，相關(guān)法與定額估算法預(yù)測(cè)的用水量比灰色模型法高，原因是相關(guān)法受極端年份用水量數(shù)據(jù)影響較大，定額估算法根據(jù)控制指標(biāo)求出，受指標(biāo)影響較大，與實(shí)際情況可能存在較大差別。

2 工業(yè)用水效益分析

解決水資源短缺的一個(gè)重要手段是工業(yè)節(jié)水，其核心內(nèi)容是提高工業(yè)節(jié)水效益。所謂工業(yè)增加值，是指工業(yè)企業(yè)在報(bào)告期內(nèi)以貨幣形式表現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的最終成果；是生產(chǎn)過(guò)程中工業(yè)企業(yè)新增的價(jià)值[6]。可通過(guò)比較工業(yè)增加值與萬(wàn)元工業(yè)增加值的增長(zhǎng)率，確定工業(yè)用水效益。2006—2017年?yáng)|平縣工業(yè)企業(yè)的工業(yè)增加值與工業(yè)用水量變化數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 工業(yè)用水量與工業(yè)增加值變化情況

根據(jù)泰安市水資源公報(bào)的統(tǒng)計(jì)資料，東平縣2006—2017年工業(yè)用水量的平均值為1.24億m3，平均增長(zhǎng)率為53.86%，工業(yè)增加值的平均值104.42億元，平均增長(zhǎng)率為12.87%。工業(yè)用水量的平均增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工業(yè)增加值的增長(zhǎng)幅度，除個(gè)別年份外，工業(yè)用水量的增長(zhǎng)率遠(yuǎn)小于工業(yè)增加值的增長(zhǎng)率，因此東平縣目前的工業(yè)用水節(jié)水效益良好。

3 工業(yè)節(jié)水措施

3.1 節(jié)約用水量，提高重復(fù)利用率

加強(qiáng)對(duì)水資源的回收利用,減少耗水量。例如：東平縣較大的企業(yè)瑞星集團(tuán)采用新型冷凝設(shè)備增加換熱強(qiáng)度，水的循環(huán)利用率可達(dá)到96.3%，一方面大大減少了新水量，另一方面減少了污水的排放總量。東順集團(tuán)采用進(jìn)口大型設(shè)備生產(chǎn)，噸紙耗水3.67m3/t，而目前《山東省重點(diǎn)工業(yè)產(chǎn)品取水定額》規(guī)定生活用紙用水定額為19m3/t，山西省為 30m3/t，廣東省為 30～50m3/t，據(jù)此比較，節(jié)水效益顯著。

3.2 遵守規(guī)章制度，加強(qiáng)用水計(jì)量管理

生產(chǎn)裝置、公用配套工程的用水采用分別計(jì)量、考核；定期開(kāi)展水平衡測(cè)試，查清用水過(guò)程中存在的問(wèn)題，強(qiáng)化計(jì)量管理，實(shí)行在線監(jiān)測(cè)，為水資源管理與科學(xué)調(diào)度提供依據(jù)；嚴(yán)格執(zhí)行《企業(yè)計(jì)量管理辦法》和《經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)管理辦法》，加強(qiáng)各用水指標(biāo)的計(jì)劃監(jiān)督、過(guò)程控制、結(jié)果考核，按照《生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)責(zé)任制》的相關(guān)規(guī)定，依靠各種約束機(jī)制保證各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的用水管理工作有序運(yùn)作，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)約高效的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

東平縣實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度控制指標(biāo)，首先是確立水資源開(kāi)發(fā)利用控制紅線，根據(jù)“泰安市水利和漁業(yè)局關(guān)于印發(fā)泰安市用水總量控制指標(biāo)的通知”，東平縣用水總量控制指標(biāo)為18820萬(wàn)m3，地下水用水總量控制指標(biāo)12100萬(wàn)m3。目前東平縣工業(yè)用水總量均控制在指標(biāo)之內(nèi)。確定用水效率控制紅線，泰安市對(duì)各縣（市、區(qū)）用水效率制定了控制指標(biāo)，其中東平縣用水效率控制指標(biāo)為萬(wàn)元工業(yè)增加值取水量13.7m3/萬(wàn)元，東平縣2006—2017年數(shù)據(jù)資料中，大部分年份均控制在指標(biāo)之內(nèi)。依據(jù)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)資料，東平縣目前工業(yè)用量及用水效益總體來(lái)說(shuō)情況良好，但仍有上升的空間。工業(yè)用水預(yù)測(cè)量可為制定用水計(jì)劃，建立用水定額提供依據(jù)，便于實(shí)現(xiàn)水資源綜合管理目標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)管理責(zé)任制實(shí)行。