黃河流域用水現(xiàn)狀及需水預(yù)測(cè)研究

摘 要：為深入探討黃河流域的用水現(xiàn)狀，并評(píng)估未來需水規(guī)模，根據(jù)１９８８—２０２１ 年用水資料，對(duì)黃河流域用水現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并運(yùn)用Ｈｏｌｔ 線性趨勢(shì)法、ＧＭ（１，１）灰色預(yù)測(cè)模型、定額法和多元線性回歸方法對(duì)黃河流域２０３５ 年需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明：黃河流域１９８８—２０２１ 年用水總量大致分為大幅度降低階段（１９８８—２００３ 年）、快速上升階段（２００４—２０１５ 年） 和波動(dòng)降低階段（２０１６—２０２１ 年）３ 個(gè)階段；流域用水結(jié)構(gòu)變化顯著，農(nóng)業(yè)用水量和工業(yè)用水量比例呈下降趨勢(shì)，年均下降率分別為０．８３％和０．５３％；在４ 種預(yù)測(cè)方法中，多元線性回歸模型預(yù)測(cè)效果最好，２０３５ 年需水量預(yù)測(cè)值為５３７．４１ 億ｍ３，需水量的增長(zhǎng)將帶來較大的水資源供應(yīng)壓力，對(duì)水資源的可持續(xù)利用構(gòu)成威脅。

關(guān)鍵詞：需水預(yù)測(cè)；定額法；多元線性回歸方法；灰色預(yù)測(cè)模型；黃河流域

中圖分類號(hào)：ＴＶ２１３．４；ＴＶ８８２．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０７．０１２

引用格式：李嘉欣，彭少明．黃河流域用水現(xiàn)狀及需水預(yù)測(cè)研究［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（７）：６６－７１．

０ 引言

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，事關(guān)人類生存、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步［１］ 。在水資源短缺和需求量日益增長(zhǎng)的背景下，深入分析用水現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)未來需水規(guī)模，對(duì)于制定合理的水資源規(guī)劃和應(yīng)對(duì)策略有重要意義。黃河是中華民族的母親河，孕育了源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的中華文明［２］ ，然而近幾十年來，隨著氣候變化和人類活動(dòng)的加劇，黃河流域水資源量呈衰減趨勢(shì)，而用水量不斷增長(zhǎng)，水資源供需矛盾突出，黃河流域各省（區(qū)）經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展受制于水資源供給，水資源支撐流域高質(zhì)量發(fā)展的保障能力不足。２０１９ 年９ 月１８ 日，習(xí)近平總書記在鄭州主持召開黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)，將黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略，并提出“要堅(jiān)持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”，將水資源作為最大的剛性約束［３］ 。需水預(yù)測(cè)是進(jìn)行水資源規(guī)劃和管理的基礎(chǔ)［４］ 。黃河流域是我國重要的水資源供給區(qū)域之一，通過預(yù)測(cè)未來的需水量，可以為流域水資源管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

用水量是需水量的一個(gè)重要組成部分。在預(yù)測(cè)需水量時(shí)，常常會(huì)參考?xì)v史用水量數(shù)據(jù)、人口增長(zhǎng)趨勢(shì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、氣候條件等因素，以確定未來某一時(shí)間段內(nèi)的需水量。常用的需水量預(yù)測(cè)方法主要包括定性預(yù)測(cè)和定量預(yù)測(cè)兩種［４］ ，在實(shí)際應(yīng)用中，由于定量預(yù)測(cè)能夠提供具體的數(shù)值結(jié)果，更容易進(jìn)行量化分析，因此應(yīng)用更加廣泛。常用的定量預(yù)測(cè)方法主要有定額法［５］ 、多元線性回歸方法［６－７］ 、趨勢(shì)外推法［８］ 、指數(shù)平滑法［９］ 、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［１０－１２］ 、灰色預(yù)測(cè)法［１３－１４］ 、時(shí)間序列分析方法、水文模型法等。定額法具有直觀、簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)，可以較好地考慮各種因素的變化和政策性調(diào)整［１５］ ，適用于長(zhǎng)、短期預(yù)測(cè)［１６］ ，但必須結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行充分考慮和調(diào)整；回歸分析法考慮多個(gè)因素，可解釋性強(qiáng)，能夠較好地分析和擬合歷史數(shù)據(jù)，適用于長(zhǎng)期需水量預(yù)測(cè)，但對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高；時(shí)間序列分析方法基于歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，能夠捕捉數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，適用于中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，但其通常只考慮時(shí)間因素對(duì)需水量的影響，無法直接考慮其他可能的外部因素（如氣候變化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等）；水文模型法通過對(duì)流域水循環(huán)過程和水資源利用特征進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)未來的需水量，能夠考慮多個(gè)因素和復(fù)雜的交互關(guān)系，對(duì)于復(fù)雜流域的需水量預(yù)測(cè)較為適用，但該方法對(duì)數(shù)據(jù)和參數(shù)的準(zhǔn)確性要求較高。

本研究以黃河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過分析歷史用水量數(shù)據(jù)，了解不同時(shí)段的用水模式，以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來的需水量。結(jié)合黃河流域用水實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，選用Ｈｏｌｔ 線性趨勢(shì)法、ＧＭ（１，１）灰色預(yù)測(cè)模型、定額法和多元線性回歸方法４ 種預(yù)測(cè)方法對(duì)黃河流域２０３５ 年需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)比分析預(yù)測(cè)結(jié)果，確定黃河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)需水量，以期為流域水資源規(guī)劃和管理、水資源配置以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。