基于馬爾可夫鏈的國內廢水排放量預測

方國斌 李萍

摘 要：應用馬爾可夫鏈對廢水排放量進行動態預測.結果表明，馬爾可夫鏈模型預測的數值與實際數值一致：2015年排水量處于478.5～587.5億噸，高于652.9億噸的可能性最大，2016年處于高于652.9億噸的可能性最大.預測結果與實際廢水排放量相吻合，說明用馬爾可夫鏈模型來預測廢水排放量是合理有效的.

關鍵詞：馬爾可夫鏈;廢水排放量;轉移概率矩陣;數值預測

[中圖分類號]X502 ? [文獻標志碼]A

Abstract：The markov chain is used to predict the discharge of wastewater dynamically. The results show that the predicted value by Markov chain model is consistent with the actual value. The most likely in the probability of the drainage in 2015 is between 478.5 and 587.5 billion tons or above 652.9 billion tons， and in 2016 is above 652.9 billion tons. Therefore， it is reasonable and effective to use markov chain model to predict wastewater discharge.

Key words：markov chain;wastewater discharge;transfer probability matrix;numerical prediction

隨著工業化發展加快，生活和工業用水量需求不斷增長，污水排放量也隨之增大，許多國家和地區開始密切注意對未來環境變化的預測.國外眾多學者在廢水排放量預測這一領域進行了大量的研究工作.早在1978年，美國就進行過一次全國性的水資源調查與預測工作，其調查結果成為制定相關政策的依據.Duarte E A，Neto L和Alegrias M[1]等人通過控制水污染物排放量來改善廢水質量，對多處海域實施減少水污染物的行動.Banks P A[2]也以此為基礎制定了多項環境保護策略，在改善水質上獲取了滿意的成果.Ahmed G E[3]和Yoshiaki T[4]利用神經網絡模型和分析污染物排放原則，為預測廢水排放量開辟了新的道路.Liu J[5]和Mohamed M[6]為探究廢水排放量預測模型做了大量工作.國內學者曹連海和宋剛福[7]利用最小二乘回歸法，研究各指標對污水排放量的影響效果.趙嬌娟[8]對天津市的廢水排放進行研究，提出水資源可持續利用的措施.李磊、潘慧玲[9]利用多元非線性回歸預測模型預測我國廢水排放量將在2015年達到最大值.孔亦舒和劉秀麗[10]預測中國近幾年文化教育業、工業等的廢水排放量較大.李穎[11]論證了馬爾可夫預測法主要用于預測未來事件發生的概率的大小，并對環境發展方向進行說明.李小芳、孫寶盛[12]建立灰色模型和修正馬爾可夫模型，預測2010-2015年天津市污水排放量.筆者根據1997-2016年的年廢水排放量數據，結合馬爾可夫鏈對歷史廢水排放量進行驗證，并預測未來廢水排放量的變化趨勢，給城市排水系統的設計提供理論依據.

1 馬爾可夫鏈理論

由表6可以預測：2015年的廢水排放量處于478.5～587.5億噸，高于652.9億噸的可能性最大，概率為0.28;2016年的廢水排放量高于652.9億噸的可能性最大，概率為0.33.2015年和2016年實際的廢水排放量分別為735.3億噸和711.1億噸，正處于預測狀態，說明本文所建的馬爾科夫鏈模型的預測結果與實際結果吻合.

根據已有的廢水排放量數據對2017-2019年的廢水排放量進行預測，結果見表7.

由表7可以得知，2017-2019年的廢水排放量高于652.9億噸的可能性最大，概率依次為0.39，0.44和0.5，且呈逐年上升趨勢.

3 結論與建議

3.1 主要結論

本文運用馬爾可夫鏈模型預測廢水排放量，按照均值-標準差法劃分1997-2014年廢水排放量數據，并對2015年和2016年的廢水排放量進行預測.結果顯示，馬爾可夫模型對廢水排放量進行預測是可行的.

2017-2019年的廢水排放量高于652.9億噸的可能性最大，不僅給各大污水處理廠增添了凈化負擔，更加考驗了廢水處理設備的先進性.

3.2 建議

（1）廢水排放量在接下來的幾年里將呈現逐年上升的趨勢，要合理區分不同行業、不同污水的類型，對不同的污水排放劃分處理，針對不同的領域制定不同的排放標準.在嚴格執行國家生活污水處理政策的基礎上，可根據實際情況制定地方生活污水排放標準和排放收費等.

（2）中水回用和廢水零排放成為工業廢水處理的一個主攻方向.我國工業企業用水效率不高，導致我國工業企業用水量大，因此，工業廢水排放多，加劇了我國廢水排放處理的困境.在水資源緊缺的背景下，提高工業用水效率，降低工業對水資源過量消耗成為時代發展的必然要求.對于持續增加的廢水排放量，抓好工業節水，制定政策，鼓勵和淘汰老舊的用水技術、工藝、產品和設備，完善高耗水行業取用水定額標準;采取改、擴建污水處理廠和提高凈化技術來解決廢水排放量增長的問題.

參考文獻

[1]Duarte E A，Neto L，Alegrias M，et al. ''Appropriate technology''for pollution control in corrugated board industry-the Portugaese ease[J].Water Science and Technology，1995，3（2）：12-14.