城市區(qū)域供水需求預(yù)測研究

薄仲年

[摘 要]由于城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展。供水需求也得到了明顯的上升。本文以太原市A居民區(qū)為實證研究對象，利用灰色預(yù)測模型進行研究，對其未來的供水需求進行預(yù)測，以期為太原市居民區(qū)供水需求提供參考。

[關(guān)鍵詞]城市供水；城市供水需求；供水需求預(yù)測

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.118

[中圖分類號]TU991 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2016）24-0-02

水資源是每一個社會必不可少的稀缺資源，并且，在城市發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。隨著我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展，城鎮(zhèn)化步伐的進一步加大，對于我國絕大多數(shù)城市來說，因為水資源的缺乏帶來了供水壓力，并且，城市水量需求激增與供水能力相對滯后之間的矛盾尤為明顯。據(jù)統(tǒng)計，人均水資源占有量僅僅為世界平均水平的四分之一，是十三個嚴(yán)重缺水的國家之一，水資源更是制約經(jīng)濟社會發(fā)展的瓶頸，合理用水、節(jié)約用水，并且，通過客觀精確地對城市的各個區(qū)域用水進行預(yù)測和規(guī)劃，有利于節(jié)約水資源，能夠依據(jù)用水量來進行供水和水價的規(guī)劃。所以，進行城市區(qū)域的用水量預(yù)測，是供水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的前提，是進行供水調(diào)度規(guī)劃和水價階梯定價的主要依據(jù)，對于我國城市供水需求的研究具有十分重大的現(xiàn)實意義。據(jù)統(tǒng)計，我國2014年底，我國大中城市的綜合供水能力已經(jīng)超過了20億噸/日，比較2004年底的大約14億噸/日，提高了大約42.9%。2014年年末，城市供水綜合生產(chǎn)能力達到2.87億立方米/日，比上年增長1.1%。城鎮(zhèn)化建設(shè)進程的加快帶來了城市供水事業(yè)的突飛猛進，如何進行城市供水需求的預(yù)測和分析，是進行供水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的必要前提。

1 太原市A居民區(qū)供水概況

太原市地處山西中部，人口大約535.7萬人，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進程的不斷加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展快速，特別是近幾年來，隨著南部、東部、北部和西部大立交橋的新建，改善了城市的道路交通建設(shè)，同時，供水管網(wǎng)不斷向南部和東部地區(qū)延伸，覆蓋了主城區(qū)和新城區(qū)的絕大部分供水區(qū)域，供水區(qū)域和供水能力得到了顯著地增加。截止2015年底，太原市的輸送水管網(wǎng)總長1 161公里之多，供水服務(wù)面積188.65 km2，供水人口226.75萬人。綜合供水能力86.3萬立方米/日，并且，水質(zhì)20多年來一直保持著100%的合格率。城市供水需求不斷加大，城市供水區(qū)域也隨之不斷擴大，管網(wǎng)改造更新升級的速度也在不斷加快。近十年來，供水管網(wǎng)的延伸和供水量的增加更是十分顯著，太原市2006-2015年十年間的年度供水總量，見表1。

A居民區(qū)地處太原市小店區(qū)長風(fēng)街繁華地段，隨著城市中心的南移和居民小區(qū)入住率的逐年快速上升，供水需求量不斷加大，相對于太原市整體的供水量增加來講，則是增加的更快，特別是最近幾年隨著長風(fēng)街的商業(yè)價值急劇上升，人口居住更加密集，帶來了供水量的急劇上升。近五年的年供水總量，見表2。

2 供水量需求預(yù)測模型構(gòu)建的理論基礎(chǔ)分析

灰色預(yù)測可以對符合時間序列的數(shù)據(jù)進行延伸性的推理，并且因為預(yù)測精度較高在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用?；疑A(yù)測理論是將一系列隨機的離散型時間序列數(shù)據(jù)建立成近似的微分模型，利用累加手段生成一個函數(shù)，就是灰色建模預(yù)測的基礎(chǔ)。隨后進行殘差的檢驗修正，提高精確度來進行預(yù)測的實施。因此，因為灰色預(yù)測理論的預(yù)測結(jié)果較為精準(zhǔn)，并且受到相關(guān)因素的影響很少，在很多行業(yè)和領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。依據(jù)太原市A居民區(qū)2011-2015年的供水量數(shù)據(jù)，利用灰色預(yù)測模型進行未來供水量預(yù)測，主要計算步驟如下。

第一步，構(gòu)造原始時間序列XOK={4400，6460，9210，10980，12940}以及生成的時間序列X1K={4400，10860，20070，31050，43990}，由此建立數(shù)據(jù)矩陣B、Yn如下：

Yn=[X02，X03，X03，X05]=[6460，9210，10980，12940]

第二步，將B、Yn代入公式得到兩個待估參數(shù)a，u。利用最小二乘法的原理，將兩個待估參數(shù)a，u表示為向量[a，u]，則有A=[a，u]T=[BTB]-1BTYn，經(jīng)計算得到，a=-0.211，u=5360.2。

第三步，通過待估參數(shù)構(gòu)建微分方程，得到灰色預(yù)測模型GM（1，1）為：

令x10=x01=440，將各個數(shù)據(jù)代入微分方程可得到時間響應(yīng)函數(shù)如下：

生成時間序列的數(shù)列誤差檢驗表，見表3。

第四步，檢驗還原值。經(jīng)過計算得到還原值及檢驗表，見表4和表5。

第五步，預(yù)測結(jié)果的分析。根據(jù)表4、表5的數(shù)據(jù)顯示，各個誤差均小于10%，并且，只有一個誤差大于5%，是還原值的第二年份的預(yù)測值（即2017年的預(yù)測值）為8.36%，其他預(yù)測值的誤差都小于5%。所以，有充分的理由認(rèn)為構(gòu)建的灰色預(yù)測模型能夠真實地反映實際情況，無需再通過建立灰色預(yù)測模型GM（1，1）的殘差模型來對原來的模型進行修正。

第六步，通過構(gòu)建的灰色預(yù)測模型GM（1，1）來對A居民區(qū)未來供水需求量進行估計預(yù)測。

已知模型為=29800e0.211k-25400，可得到2015年以后未來四年A居民區(qū)的供水量數(shù)據(jù)，見表6。

3 預(yù)測結(jié)果的進一步討論

從表6的預(yù)測結(jié)果來看，在未來的四年中，A居民區(qū)的供水需求量還會進一步的增加，與實際的發(fā)展?fàn)顩r是十分相符的。A居民區(qū)供水量最近幾年的供水量急劇上升，不僅與太原市城市中心的南移關(guān)系密切，而且，由于城南教育、醫(yī)療和養(yǎng)老等資源優(yōu)勢以及地產(chǎn)業(yè)的開發(fā)火熱，在推動消費的同時也加速了居民的向南部地區(qū)遷移，很多人開始選擇在南城區(qū)買房居住。并且，A居民區(qū)因為地處南城區(qū)的中心地帶，隨著長風(fēng)街的改造和建設(shè)路以及并州南路的改造升級，進一步地加大其商業(yè)投資利用價值，人們開始大量涌入長風(fēng)街這樣的繁華地段，并開始進行商品房的購買居住，是必然的趨勢，而帶來了未來幾年之內(nèi)的供水量逐年繼續(xù)上升也就是必然的發(fā)展規(guī)律所致。所以，綜合上述分析，從A居民區(qū)的實際情況結(jié)合理論研究來看，未來此片區(qū)的供水需求逐年加大是必然的。因此，準(zhǔn)確地進行城市區(qū)域供水量的預(yù)測是十分必要的，不僅能夠合理分配城市水資源，而且能過夠為供水單位制訂供水計劃和進行供水設(shè)施更新升級提供理論上的依據(jù)和支撐。

主要參考文獻

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