城市區域供水需求預測研究

[摘 要]由于城鎮化進程的不斷推進，城市基礎設施建設快速發展。供水需求也得到了明顯的上升。本文以太原市A居民區為實證研究對象，利用灰色預測模型進行研究，對其未來的供水需求進行預測，以期為太原市居民區供水需求提供參考。

[關鍵詞]城市供水；城市供水需求；供水需求預測

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.118

[中圖分類號]TU991 [文獻標識碼]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，在城市發展中起到至關重要的作用。隨著我國經濟的進一步發展，城鎮化步伐的進一步加大，對于我國絕大多數城市來說，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。據統計，人均水資源占有量僅僅為世界平均水平的四分之一，是十三個嚴重缺水的國家之一，水資源更是制約經濟社會發展的瓶頸，合理用水、節約用水，并且，通過客觀精確地對城市的各個區域用水進行預測和規劃，有利于節約水資源，能夠依據用水量來進行供水和水價的規劃。所以，進行城市區域的用水量預測，是供水基礎設施建設的前提，是進行供水調度規劃和水價階梯定價的主要依據，對于我國城市供水需求的研究具有十分重大的現實意義。據統計，我國2014年底，我國大中城市的綜合供水能力已經超過了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，城市供水綜合生產能力達到2.87億立方米/日，比上年增長1.1%。城鎮化建設進程的加快帶來了城市供水事業的突飛猛進，如何進行城市供水需求的預測和分析，是進行供水基礎設施建設的必要前提。

1 太原市A居民區供水概況

太原市地處山西中部，人口大約535.7萬人，隨著城鎮化建設進程的不斷加快，基礎設施建設發展快速，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，同時，供水管網不斷向南部和東部地區延伸，覆蓋了主城區和新城區的絕大部分供水區域，供水區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總長1 161公里之多，供水服務面積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，城市供水區域也隨之不斷擴大，管網改造更新升級的速度也在不斷加快。近十年來，供水管網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居民區地處太原市小店區長風街繁華地段，隨著城市中心的南移和居民小區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街的商業價值急劇上升，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 供水量需求預測模型構建的理論基礎分析

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

第一步，構造原始時間序列XOK={4400，6460，9210，10980，12940}以及生成的時間序列X1K={4400，10860，20070，31050，43990}，由此建立數據矩陣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a，u。利用最小二乘法的原理，將兩個待估參數a，u表示為向量[a，u]，則有A=[a，u]T=[BTB]-1BTYn，經計算得到，a=-0.211，u=5360.2。

第三步，通過待估參數構建微分方程，得到灰色預測模型GM（1，1）為：

令x10=x01=440，將各個數據代入微分方程可得到時間響應函數如下：

生成時間序列的數列誤差檢驗表，見表3。

第四步，檢驗還原值。經過計算得到還原值及檢驗表，見表4和表5。

第五步，預測結果的分析。根據表4、表5的數據顯示，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測值（即2017年的預測值）為8.36%，其他預測值的誤差都小于5%。所以，有充分的理由認為構建的灰色預測模型能夠真實地反映實際情況，無需再通過建立灰色預測模型GM（1，1）的殘差模型來對原來的模型進行修正。

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

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

3 預測結果的進一步討論

從表6的預測結果來看，在未來的四年中，A居民區的供水需求量還會進一步的增加，與實際的發展狀況是十分相符的。A居民區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系密切，而且，由于城南教育、醫療和養老等資源優勢以及地產業的開發火熱，在推動消費的同時也加速了居民的向南部地區遷移，很多人開始選擇在南城區買房居住。并且，A居民區因為地處南城區的中心地帶，隨著長風街的改造和建設路以及并州南路的改造升級，進一步地加大其商業投資利用價值，人們開始大量涌入長風街這樣的繁華地段，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的供水量逐年繼續上升也就是必然的發展規律所致。所以，綜合上述分析，從A居民區的實際情況結合理論研究來看，未來此片區的供水需求逐年加大是必然的。因此，準確地進行城市區域供水量的預測是十分必要的，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施更新升級提供理論上的依據和支撐。

主要參考文獻

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