龍江縣龍江鎮工業需水量預測

王艷芳，鮑文菊

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

龍江縣龍江鎮工業需水量預測

王艷芳，鮑文菊

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

隨著加快新型工業化和城鎮化建設步伐，城鎮工業需水量逐年增加，預測工業需水量則關系到該地區用水結構改變和水資源合理配置。同時，工業需水預測方法有很多，其定量預測方法主要有因果分析法、延伸預測法和其他方法等，不同方法應用范圍和精確度都存在一定問題。針對小城鎮的需水預測來說，資料要求較高且考慮因素較多的方法并不適用，本文從龍江鎮的實際情況出發，利用常用的并已經較為成熟的預測方法來預測龍江鎮未來工業需水，并總結出各種方法的使用條件及差異等。

工業需水量;預測方法;因果分析法;延伸預測法

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。龍江鎮是龍江縣的政府、經濟、文化、綜合服務中心，位于龍江縣中部偏東北，建成區面積為16.85 km2。

龍江縣處于齊齊哈爾城市經濟圈內，作為“哈大齊工業走廊”重要組成部分，近幾年城區建設與發展迅速，尤其是工業區的發展和建設，工業需水量越來越大。

工業需水預測無論是對城市城市給水系統的設計或是對于水資源配置研究而言，都是非常重要的課題。

工業需水量是水資源規劃和合理配置的主要依據，合理預測工業需水量對實現水資源的可持續利用和經濟社會的可持續發展具有非常重要的意義［1-3］。

2 工業需水預測不同方法

工業需水預測的方法歸納起來大致可分為3大類，即因果分析法、延伸預測法和其他方法。

因果分析法是通過尋找工業需水與其他影響因素變量之間的存在因果相關關系，通過統計分析找出其中的規律，確定工業需水與影響因素之間的函數關系。包括回歸分析法、彈性系數法、重復利用率提高法等［4-5］。

延伸預測法是根據工業需水量的歷史數據的變化規律，對未來進行預測的方法。該方法需要具有時間序列關系的工業用水量數據。主要包括趨勢預測法、灰色預測法、時間序列法等。

其他方法主要包括系統動力模型、馬爾科夫法等。

本次根據龍江鎮社會經濟發展及工業發展情況，本次主要采用適用于中小城市工業需水預測的方法預測，有因果分析法中的回歸分析法、彈性系數法和重復利用率提高法以及延伸預測法中的趨勢預測法等4種成熟且常規的預測方法來預測龍江縣龍江鎮近期(2020水平年)工業需水量。

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需水量的若干影響因素，對工業需水與這些因素之間的關系進行分析判斷后，列出回歸模型方程。

該方法又可分為很多種，如經驗回歸法、線性回歸法、指數回歸法等，所選的影響因素主要有人口、產值等。

采用不同的回歸方法，會存在不同的回歸方程。本文中選取工業增加值作為工業需水量的主要影響因素，分析近些年兩者之間的相關關系，通過不同的數學回歸模型的試算，選用指數回歸法進行預測，其回歸模型方程為:

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

根據調查統計到的龍江鎮近5 a工業增加值用水量及工業增加值資料，通過計算得出回歸系數a為0.46，回歸常數b為2.3。

2.1.2 重復利用率提高法

該方法考慮了萬元產值需水量與工業用水重復利用率兩者的內在因果聯系。

一般情況下，一個地區的工業結構不發生根本變化時，萬元增加值用水主要取決于重復利用率，隨著重復利用率的不斷提高，萬元增加值用水將不斷下降。

此外，將生產設備更新、工藝流程改進等條件予以考慮，增加修正系數，使得預測更加合理［6-8］。

本次依據《松遼流域微觀用水定額指標體系研究》，萬元工業增加值用水量與用水量重復利用率的關系計算公式為:

式中:q2為規劃預測水平年萬元增加值新水量，m3/萬元;q1為現狀水平年合理萬元增加值新水量，m3/萬元;η2為規劃預測水平年用水量重復利用率;η1為現狀水平年用水量重復利用率;α綜合影響因子(包括科技進步、產品結構等因素)，一般在0.02～0.05;n為預測年份長度。

根據龍江鎮調查統計成果，2010年工業用水重復利用率為36%，根據節水要求，考慮今后一段時期替代產業發展及節水水平的提高，工業萬元增加值耗水量仍將呈現下降趨勢，結合當地主要工業行業的調整改造發展計劃，預測近期2020年工業用水重復利用率為55%。

按上述公式及重復利用率計算規劃水平年萬元增加值新水量為26 m3/萬元。

2.1.3 彈性系數法

該方法仍以工業增加值作為工業需水的主要影響因素，工業用水彈性系數是指工業用水的增長率與同期工業增加值增長率之比，計算公式為:

式中:k為彈性系數;a為工業用水年增長率;b為為工業增加值年增長率。

根據龍江鎮近5 a工業增加值和工業用水量的資料，分析工業用水、工業增加值增長變化的趨勢，并參考周邊縣市的情況，來確定未來不同時間段的工業需水彈性系數取值，本次通過計算得出龍江鎮近5 a工業用水對其增加值的彈性系數為0.40，至2020年左右龍江縣工業結構調整改造基本完成，工業需水量增長平緩，彈性系數亦將逐漸降低，因此確定彈性系數為0.30。

2.2 延伸預測法

本文主要利用延伸預測法中的趨勢預測法對工業需水量進行預測。

該方法先確定歷史數據的變化趨勢，如線性、指數或S型曲線，然后對其中未知參數進行估計，得出曲線方程，利用方程進行預測。

本文通過對龍江鎮近些年工業用水量進行分析，得出工業用水增長率，用該增長率來推算未來工業需水量。

其計算公式為:

式中:Si為預測年份的工業需水量，104m3;S0為預測起始年份的工業需水量，104m3;d為工業需水量平均增長率;n為起始年份至預測年份的年限。

通過龍江鎮近5 a工業用水量調查統計分析，得出工業用水量增長率為4.47%。

2.3 不同方法預測成果

根據上述描述的方法，并結合龍江鎮近遠期預測的工業增加值，可計算得到不同方法所求得的2020規劃水平年的工業需水量預測成果。詳見表1。

3 成果分析

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

表1 各方法所得的工業需水預測成果表

根據預測成果得出的工業用水增長率在3.12%～4.47%。

趨勢預測法成果大，主要原因是采用現狀水平年以前的工業用水資料來預測未來工業需水情況，未考慮產業結構調整、工業節水、科學合理用水等條件的影響。

而龍江縣近些年來控制發展高耗水、高耗能的產業，對傳統工業也加快了更新改造速度，不斷提高工業冷卻水循環率，改造舊設備及推廣節水型生產工藝，故該方法雖然簡單，但不適合該地區未來工業需水預測［9-10］。

回歸分析法是建立在工業產值與需水量有較好相關性的基礎上，而本次調查統計到的龍江鎮資料較短，且工業各行業間用水差異較大，兩者相關程度不太好，相關系數不高，故不采用該方法預測成果。

重復利用率提高法與彈性系數法均是在一個地區的工業結構基本不變的情況進行預測的。龍江鎮目前工業結構日趨穩定，至2020年能夠基本不發生根本變化，因此萬元增加值用水主要取決于重復利用率，故采用重復利用率提高法和彈性系數法均是比較合理［11］。

4 結論

本文利用常規的四種方法對龍江縣龍江鎮近期工業需水量的預測，將各種方法的結果進行了比較分析，最終選取符合龍江鎮客觀實際的預測方法。下面總結一下這4種常規方法的適用條件:

1)回歸分析法主要適用于工業產值、需水量關系相對比較穩定的工業企業需水預測。

在利用該方法進行預測時，重要的是要對回歸系數、回歸方程進行檢驗，以判定預測模型的合理性和適用性。

兩者相關系數較高，則表明關系方程的假設是合理的，可以采用該方法進行預測，否則不能采用該方法。

2)重復利用率提高法是目前比較成熟和常用的方法，在目前狠抓節約用水創建節水型工業的目標條件下，提高用水重復利用率以降低補給水量，在這種情況下，采用先進的工藝流程和節水措施，若不考慮提高工業用水重復利用率提高因素而采用趨勢預測法和回歸分析法來預測，顯然行不通，也不符合用水發展規律。

3)彈性系數法是利用工業用水彈性系數在一段時間內基本不變這一規律來進行未來需水量的預測。

在工業結構基本不變的情況下，使用該方法可得到比較符合實際的數值，適用于中長期工業需水預測。

4)趨勢預測法要求工業需水量的歷史統計資料系列較長，且可靠程度高。

而實際情況中小城鎮的用水量資料并不完整且精度較差，若用該方法預測則結果會出現較大的偏差。

另外，并未考慮技術因素和管理因素的變化對工業需水的影響。

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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，從事水利工程設計工作;鮑文菊(1986-)，女，河北秦皇島人，工程師，從事水利工程設計工作。