龍江縣龍江鎮(zhèn)工業(yè)需水量預(yù)測(cè)

王艷芳，鮑文菊

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

龍江縣龍江鎮(zhèn)工業(yè)需水量預(yù)測(cè)

王艷芳，鮑文菊

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

隨著加快新型工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐，城鎮(zhèn)工業(yè)需水量逐年增加，預(yù)測(cè)工業(yè)需水量則關(guān)系到該地區(qū)用水結(jié)構(gòu)改變和水資源合理配置。同時(shí)，工業(yè)需水預(yù)測(cè)方法有很多，其定量預(yù)測(cè)方法主要有因果分析法、延伸預(yù)測(cè)法和其他方法等，不同方法應(yīng)用范圍和精確度都存在一定問題。針對(duì)小城鎮(zhèn)的需水預(yù)測(cè)來說，資料要求較高且考慮因素較多的方法并不適用，本文從龍江鎮(zhèn)的實(shí)際情況出發(fā)，利用常用的并已經(jīng)較為成熟的預(yù)測(cè)方法來預(yù)測(cè)龍江鎮(zhèn)未來工業(yè)需水，并總結(jié)出各種方法的使用條件及差異等。

工業(yè)需水量;預(yù)測(cè)方法;因果分析法;延伸預(yù)測(cè)法

1 概述

龍江縣隸屬于黑龍江省齊齊哈爾市，位于齊齊哈爾西部，地處大興安嶺南麓與松嫩平原過度地帶。龍江鎮(zhèn)是龍江縣的政府、經(jīng)濟(jì)、文化、綜合服務(wù)中心，位于龍江縣中部偏東北，建成區(qū)面積為16.85 km2。

龍江縣處于齊齊哈爾城市經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)，作為“哈大齊工業(yè)走廊”重要組成部分，近幾年城區(qū)建設(shè)與發(fā)展迅速，尤其是工業(yè)區(qū)的發(fā)展和建設(shè)，工業(yè)需水量越來越大。

工業(yè)需水預(yù)測(cè)無論是對(duì)城市城市給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或是對(duì)于水資源配置研究而言，都是非常重要的課題。

工業(yè)需水量是水資源規(guī)劃和合理配置的主要依據(jù)，合理預(yù)測(cè)工業(yè)需水量對(duì)實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義［1-3］。

2 工業(yè)需水預(yù)測(cè)不同方法

工業(yè)需水預(yù)測(cè)的方法歸納起來大致可分為3大類，即因果分析法、延伸預(yù)測(cè)法和其他方法。

因果分析法是通過尋找工業(yè)需水與其他影響因素變量之間的存在因果相關(guān)關(guān)系，通過統(tǒng)計(jì)分析找出其中的規(guī)律，確定工業(yè)需水與影響因素之間的函數(shù)關(guān)系。包括回歸分析法、彈性系數(shù)法、重復(fù)利用率提高法等［4-5］。

延伸預(yù)測(cè)法是根據(jù)工業(yè)需水量的歷史數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，對(duì)未來進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。該方法需要具有時(shí)間序列關(guān)系的工業(yè)用水量數(shù)據(jù)。主要包括趨勢(shì)預(yù)測(cè)法、灰色預(yù)測(cè)法、時(shí)間序列法等。

其他方法主要包括系統(tǒng)動(dòng)力模型、馬爾科夫法等。

本次根據(jù)龍江鎮(zhèn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及工業(yè)發(fā)展情況，本次主要采用適用于中小城市工業(yè)需水預(yù)測(cè)的方法預(yù)測(cè)，有因果分析法中的回歸分析法、彈性系數(shù)法和重復(fù)利用率提高法以及延伸預(yù)測(cè)法中的趨勢(shì)預(yù)測(cè)法等4種成熟且常規(guī)的預(yù)測(cè)方法來預(yù)測(cè)龍江縣龍江鎮(zhèn)近期(2020水平年)工業(yè)需水量。

2.1 因果分析法

2.1.1 回歸分析法

回歸分析法是選取工業(yè)需水量的若干影響因素，對(duì)工業(yè)需水與這些因素之間的關(guān)系進(jìn)行分析判斷后，列出回歸模型方程。

該方法又可分為很多種，如經(jīng)驗(yàn)回歸法、線性回歸法、指數(shù)回歸法等，所選的影響因素主要有人口、產(chǎn)值等。

采用不同的回歸方法，會(huì)存在不同的回歸方程。本文中選取工業(yè)增加值作為工業(yè)需水量的主要影響因素，分析近些年兩者之間的相關(guān)關(guān)系，通過不同的數(shù)學(xué)回歸模型的試算，選用指數(shù)回歸法進(jìn)行預(yù)測(cè)，其回歸模型方程為:

式中:Y為萬元工業(yè)增加值需水量，104m3;X為工業(yè)增加值，億元;a、b為回歸系數(shù)。

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)到的龍江鎮(zhèn)近5 a工業(yè)增加值用水量及工業(yè)增加值資料，通過計(jì)算得出回歸系數(shù)a為0.46，回歸常數(shù)b為2.3。

2.1.2 重復(fù)利用率提高法

該方法考慮了萬元產(chǎn)值需水量與工業(yè)用水重復(fù)利用率兩者的內(nèi)在因果聯(lián)系。

一般情況下，一個(gè)地區(qū)的工業(yè)結(jié)構(gòu)不發(fā)生根本變化時(shí)，萬元增加值用水主要取決于重復(fù)利用率，隨著重復(fù)利用率的不斷提高，萬元增加值用水將不斷下降。

此外，將生產(chǎn)設(shè)備更新、工藝流程改進(jìn)等條件予以考慮，增加修正系數(shù)，使得預(yù)測(cè)更加合理［6-8］。

本次依據(jù)《松遼流域微觀用水定額指標(biāo)體系研究》，萬元工業(yè)增加值用水量與用水量重復(fù)利用率的關(guān)系計(jì)算公式為:

式中:q2為規(guī)劃預(yù)測(cè)水平年萬元增加值新水量，m3/萬元;q1為現(xiàn)狀水平年合理萬元增加值新水量，m3/萬元;η2為規(guī)劃預(yù)測(cè)水平年用水量重復(fù)利用率;η1為現(xiàn)狀水平年用水量重復(fù)利用率;α綜合影響因子(包括科技進(jìn)步、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等因素)，一般在0.02～0.05;n為預(yù)測(cè)年份長(zhǎng)度。

根據(jù)龍江鎮(zhèn)調(diào)查統(tǒng)計(jì)成果，2010年工業(yè)用水重復(fù)利用率為36%，根據(jù)節(jié)水要求，考慮今后一段時(shí)期替代產(chǎn)業(yè)發(fā)展及節(jié)水水平的提高，工業(yè)萬元增加值耗水量仍將呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，結(jié)合當(dāng)?shù)刂饕I(yè)行業(yè)的調(diào)整改造發(fā)展計(jì)劃，預(yù)測(cè)近期2020年工業(yè)用水重復(fù)利用率為55%。

按上述公式及重復(fù)利用率計(jì)算規(guī)劃水平年萬元增加值新水量為26 m3/萬元。

2.1.3 彈性系數(shù)法

該方法仍以工業(yè)增加值作為工業(yè)需水的主要影響因素，工業(yè)用水彈性系數(shù)是指工業(yè)用水的增長(zhǎng)率與同期工業(yè)增加值增長(zhǎng)率之比，計(jì)算公式為:

式中:k為彈性系數(shù);a為工業(yè)用水年增長(zhǎng)率;b為為工業(yè)增加值年增長(zhǎng)率。

根據(jù)龍江鎮(zhèn)近5 a工業(yè)增加值和工業(yè)用水量的資料，分析工業(yè)用水、工業(yè)增加值增長(zhǎng)變化的趨勢(shì)，并參考周邊縣市的情況，來確定未來不同時(shí)間段的工業(yè)需水彈性系數(shù)取值，本次通過計(jì)算得出龍江鎮(zhèn)近5 a工業(yè)用水對(duì)其增加值的彈性系數(shù)為0.40，至2020年左右龍江縣工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整改造基本完成，工業(yè)需水量增長(zhǎng)平緩，彈性系數(shù)亦將逐漸降低，因此確定彈性系數(shù)為0.30。

2.2 延伸預(yù)測(cè)法

本文主要利用延伸預(yù)測(cè)法中的趨勢(shì)預(yù)測(cè)法對(duì)工業(yè)需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

該方法先確定歷史數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，如線性、指數(shù)或S型曲線，然后對(duì)其中未知參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，得出曲線方程，利用方程進(jìn)行預(yù)測(cè)。

本文通過對(duì)龍江鎮(zhèn)近些年工業(yè)用水量進(jìn)行分析，得出工業(yè)用水增長(zhǎng)率，用該增長(zhǎng)率來推算未來工業(yè)需水量。

其計(jì)算公式為:

式中:Si為預(yù)測(cè)年份的工業(yè)需水量，104m3;S0為預(yù)測(cè)起始年份的工業(yè)需水量，104m3;d為工業(yè)需水量平均增長(zhǎng)率;n為起始年份至預(yù)測(cè)年份的年限。

通過龍江鎮(zhèn)近5 a工業(yè)用水量調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，得出工業(yè)用水量增長(zhǎng)率為4.47%。

2.3 不同方法預(yù)測(cè)成果

根據(jù)上述描述的方法，并結(jié)合龍江鎮(zhèn)近遠(yuǎn)期預(yù)測(cè)的工業(yè)增加值，可計(jì)算得到不同方法所求得的2020規(guī)劃水平年的工業(yè)需水量預(yù)測(cè)成果。詳見表1。

3 成果分析

通過這幾種方法預(yù)測(cè)成果比較分析，延伸預(yù)測(cè)法較因果分析法預(yù)測(cè)成果偏大，最大與最小成果相差15%以內(nèi)，其中因果分析法中重復(fù)利用率提高法成果最小，為963×104m3，回歸分析法以及彈性系數(shù)法居中。

表1 各方法所得的工業(yè)需水預(yù)測(cè)成果表

根據(jù)預(yù)測(cè)成果得出的工業(yè)用水增長(zhǎng)率在3.12%～4.47%。

趨勢(shì)預(yù)測(cè)法成果大，主要原因是采用現(xiàn)狀水平年以前的工業(yè)用水資料來預(yù)測(cè)未來工業(yè)需水情況，未考慮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)節(jié)水、科學(xué)合理用水等條件的影響。

而龍江縣近些年來控制發(fā)展高耗水、高耗能的產(chǎn)業(yè)，對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)也加快了更新改造速度，不斷提高工業(yè)冷卻水循環(huán)率，改造舊設(shè)備及推廣節(jié)水型生產(chǎn)工藝，故該方法雖然簡(jiǎn)單，但不適合該地區(qū)未來工業(yè)需水預(yù)測(cè)［9-10］。

回歸分析法是建立在工業(yè)產(chǎn)值與需水量有較好相關(guān)性的基礎(chǔ)上，而本次調(diào)查統(tǒng)計(jì)到的龍江鎮(zhèn)資料較短，且工業(yè)各行業(yè)間用水差異較大，兩者相關(guān)程度不太好，相關(guān)系數(shù)不高，故不采用該方法預(yù)測(cè)成果。

重復(fù)利用率提高法與彈性系數(shù)法均是在一個(gè)地區(qū)的工業(yè)結(jié)構(gòu)基本不變的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)的。龍江鎮(zhèn)目前工業(yè)結(jié)構(gòu)日趨穩(wěn)定，至2020年能夠基本不發(fā)生根本變化，因此萬元增加值用水主要取決于重復(fù)利用率，故采用重復(fù)利用率提高法和彈性系數(shù)法均是比較合理［11］。

4 結(jié)論

本文利用常規(guī)的四種方法對(duì)龍江縣龍江鎮(zhèn)近期工業(yè)需水量的預(yù)測(cè)，將各種方法的結(jié)果進(jìn)行了比較分析，最終選取符合龍江鎮(zhèn)客觀實(shí)際的預(yù)測(cè)方法。下面總結(jié)一下這4種常規(guī)方法的適用條件:

1)回歸分析法主要適用于工業(yè)產(chǎn)值、需水量關(guān)系相對(duì)比較穩(wěn)定的工業(yè)企業(yè)需水預(yù)測(cè)。

在利用該方法進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，重要的是要對(duì)回歸系數(shù)、回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)，以判定預(yù)測(cè)模型的合理性和適用性。

兩者相關(guān)系數(shù)較高，則表明關(guān)系方程的假設(shè)是合理的，可以采用該方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，否則不能采用該方法。

2)重復(fù)利用率提高法是目前比較成熟和常用的方法，在目前狠抓節(jié)約用水創(chuàng)建節(jié)水型工業(yè)的目標(biāo)條件下，提高用水重復(fù)利用率以降低補(bǔ)給水量，在這種情況下，采用先進(jìn)的工藝流程和節(jié)水措施，若不考慮提高工業(yè)用水重復(fù)利用率提高因素而采用趨勢(shì)預(yù)測(cè)法和回歸分析法來預(yù)測(cè)，顯然行不通，也不符合用水發(fā)展規(guī)律。

3)彈性系數(shù)法是利用工業(yè)用水彈性系數(shù)在一段時(shí)間內(nèi)基本不變這一規(guī)律來進(jìn)行未來需水量的預(yù)測(cè)。

在工業(yè)結(jié)構(gòu)基本不變的情況下，使用該方法可得到比較符合實(shí)際的數(shù)值，適用于中長(zhǎng)期工業(yè)需水預(yù)測(cè)。

4)趨勢(shì)預(yù)測(cè)法要求工業(yè)需水量的歷史統(tǒng)計(jì)資料系列較長(zhǎng)，且可靠程度高。

而實(shí)際情況中小城鎮(zhèn)的用水量資料并不完整且精度較差，若用該方法預(yù)測(cè)則結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。

另外，并未考慮技術(shù)因素和管理因素的變化對(duì)工業(yè)需水的影響。

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TU991

B

1007-7596(2014)05-0246-03

2013-12-12

王艷芳(1982-)，女，河南焦作人，工程師，從事水利工程設(shè)計(jì)工作;鮑文菊(1986-)，女，河北秦皇島人，工程師，從事水利工程設(shè)計(jì)工作。