吉林省引松供水二期工程需水預測方法研究

張 軍

(吉林省水利水電勘測設計研究院，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蓄后輸送到長春市、四平市和遼源市及其所屬11個市(縣、區)，是中部供水工程發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測是實現水資源可持續利用、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條支線的設計流量和引水規模重要基礎。

1 需水預測思路及方法

目前國內水資源規劃和工程設計中采用的需水預測方法大致分為定額預測方法、趨勢預測方法、數字模型法、指數預測方法等。這些方法均以現有的水資源統計數據為基礎，基于用水機理和統計規律，以指標分析為線索，判斷未來經濟社會發展的水資源需求。為了尋找更加適合本工程實際要求的需水預測方法，筆者主要對比了趨勢預測和定額預測兩種方法，對吉林省中部地區城鎮2020、2030年需水情況進行預測，通過合理性分析找到兩種方法的適用性，為以后選擇需水預測方法做參考。

1.1 趨勢預測法

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

線性模型：

Wt=x+y×T

(1)

指數模型：

Wt=x×ey*T

(2)

式中，Wt—預測年份的需水量；T—預測年份，x、y—模型參數。

趨勢預測法適用于長系列用水量變化有顯著規律性的情況，趨勢法推算函數方程可以通過Excel表格的擬合函數功能來簡單實現。需水預測通常需要相關地區的國民經濟發展規劃和城市總體發展規劃等資料，而部分地區缺乏相關社會經濟發展規劃等資料，趨勢預測法可以很好地解決上述資料不足的影響。但趨勢法應用的前提條件是時間序列有一定的長度且本身變化穩定，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計資料規律來進行預測，當系列資料較短時，趨勢法推算規劃年需水時，預測的精度較差，同時預測精度隨著周期的加長而降低。對于需水預測來說，規劃設計水平年需水受經濟發展、產業結構調整等多種因素的綜合影響，現階段還沒有一種方法能定量分析出眾多因素對需水量預測的影響，因此趨勢預測方法也是需水預測的常用方法之一。

1.2 定額預測法

定額預測法主要涉及到相關地區國民經濟發展指標和相關行業用水定額的預測。國民經濟發展指標主要包括人口預測指標，第一產業的農田灌溉面積、牲畜數量等，第二產業的工業、建筑業增加值，第三產業的增加值等指標。用水定額采用人均日生活用水量，農田畝均用水量，工業，建筑，三產萬元增加值用水量等指標表示，該方法是現階段在我國水資源規劃和工程設計中應用最廣泛的方法。定額法的缺點主要體現在，對國民經濟發展指標的預測誤差和相關行業用水定額預估誤差兩方面，國民經濟發展預測指標影響因素較多，而且有些因素是不可預測的，目前都是依據現有的各行業發展規劃對未來國民經濟指標做出的預測，所以存在有些指標估計不足，和未來發展有差距。對各行業用水定額的預測，特別是5年以上的相關行業定額預測，缺乏有效的定量和檢測手段。因此定額預測法在實際應用中應對國民經濟發展指標和用水定額指標的預測多搜集相關行業部門的資料，多做相關分析，請各行業相關專家多做論證，完全可以提高預測的精度，把需水預測誤差控制在合理的范圍內。

2 需水預測成果

2.1 趨勢預測法成果

對中部地區城鎮近20年用水量增長過程分析，按照其用水規律發展趨勢,預測中部地區2020、2030年需水量，根據對中部地區城鎮水資源調查成果，中部地區城鎮1994—2013年用水量見表1，由表1可以描繪出吉林省中部地區城鎮用水量變化趨勢圖，如圖1所示。

表1 吉林省中部地區城鎮用水量統計 單位：萬m3

圖1 吉林省中部地區歷年用水量發展趨勢圖

本次分別用線性、指數函數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城鎮2020年、2030年用水量。

采用線性擬合的方程：

y=2530.6×x-5×106

(3)

采用指數擬合的方程：

y=2×10-34e0.0443x

(4)

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

表2 吉林省中部地區城鎮需水預測(趨勢法)成果 單位：萬m3

2.2 定額法預測成果

依據《振興吉林老工業基地規劃綱要》《吉林省新型城鎮化規劃》以及省內具有權威性研究部門提出的重大課題等成果，對吉林省中部地區經濟未來增長情況進行了分析預測，中部地區經濟是吉林省經濟的重心，將集中發展其優勢產業，如長春地區以汽車產業、農產品加工業為支柱產業、以光電子信息、生物制藥等為先導產業；四平市以農產品加工、機械加工制造、冶金及建材工業為基礎，并改造及提升醫藥、輕紡、電子工業等產業；遼源地區主要發展紡織、造紙、化工、冶金、食品加工、能源、采掘業及制造業等行業，并對各市縣行業發展進行了預測。具體經濟預測指標見表3。

表3 中部地區經濟指標預測成果表

對吉林省中部地區城鎮用水按行業分為生活用水、工業用水、建筑業用水、三產用水和生態用水，其中生活用水以現狀水平年用水定額調查為基礎，對規劃水平年按城鎮級別用水定額進行生活需水預測。工業需水定額是在各業用水典型調查的基礎上，參照全國水資源綜合規劃專題研究《二三產業用水與節水指標研究》成果分析確定的，按照高用水工業、火力發電、一般工業分類研究，其中，高用水工業分為紡織、造紙、石化、冶金、食品、化工等六個行業。采用萬元增加值需水量作為工業需水定額，在對各行業現狀節水水平分析的基礎上，參考目前國內外先進行業用水水平，為體現工業各行業用水水平及反映產業結構調整對需水量的影響，對工業各行業經濟指標及用水定額分別進行預測，按定額法進行工業需水量進行預測。第三產業用水按增加值預測。城鎮生態需水預測按指標定額法預測。需水預測中考慮了產業結構調整、技術經濟條件、節水措施等因素。吉林省中部地區2020、2030年各行業需水預測成果見表4。

表4 中部地區城鎮需水預測(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測指標發展變化趨勢的合理性分析，各行業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%，工業用水總量年均增長2.8%。從全國大多數城市用水看，需水總量的增長趨勢是逐步趨緩，本工程供水城鎮現狀用水較為緊張，需水增長會出現近期較快、后期逐步減緩的趨勢，總體趨勢是下降的。趨勢法預測時只考慮了歷史的用水變化規律情況，未考慮未來產業結構調整而產生的需水變化，與實際用水相差較大；定額法則相對較為復雜，不僅要對過去的經濟指標、用水定額、用水量進行總結，且需對未來各行業的經濟指標和用水定額做出合理的預測。吉林引松供水二期工程由于涉及的供水城鎮眾多，各城鎮經濟社會發展水平各不相同，用水水平也不相同，因此定額法更能結合各個供水城鎮的具體特點進行需水預測，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模。

4 結語

目前需水預測方法都存在較大的主觀因素，存在進一步改進的空間，但從長期發展和實際工程看，定額法預測仍是需水預測的主要方法，本文通過工程實例，選取了趨勢法和定額法進行需水預測，通過合理分析選定了定額法作為工程設計的采用方法，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劃、設計等工作。需水預測涉及到國民經濟和社會各個行業，科學合理的需水預測成果不是只靠設計人員和水利部門能夠單獨完成的，不僅要有科學的預測方法，更需要大量的可靠的各部門用水情況和社會各個行業發展方向的數據作為支撐，才能保證需水預測成果的合理性。