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    S型模型在張家口市人均居民用水量的預(yù)測研究

    2015-04-29 12:23:48張克陽
    關(guān)鍵詞:張家口市用水量定額

    張克陽

    (河北省張家口水文水資源勘測局,河北 張家口075000)

    關(guān)于居民人均生活用水量預(yù)測,已有大量的研究成果,也提出了很多種方法.其主流研究方法定額法,即將人均用水定額認(rèn)定為居民人均生活用水量,并將之引入計算中,得到最終的結(jié)果1.但實際上,由于各地的自然條件、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的不平衡,僅用一個值或一個區(qū)間值來簡單表達(dá)往往會與實際值之間出現(xiàn)較大的差距2.以張家口市為例,河北省城市居民生活用水的定額是110L/d3,但由于張家口市地處河北西部,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低,氣溫低,空氣干燥,降水量低4,大部分人具有較強(qiáng)的節(jié)水意識,生活中水的重復(fù)利用率較高,其人均用水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于用水定額.

    在定額與實際用水量相差較多的時候,有學(xué)者提出了各種的時間分析方法,例如指數(shù)平滑、多元回歸分析、灰色預(yù)測、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測等等5,6.這些方法在實際應(yīng)用上各有優(yōu)缺點,但由于其一般利用當(dāng)前趨勢完成對未來的預(yù)測,因此會忽視拐點的出現(xiàn),從而造成了一些不盡合理的預(yù)測值.

    1 張家口市居民生活用水現(xiàn)狀分析

    居民生活用水指的是居民日常生活所需用的水,包括飲用、洗滌、沖廁、洗澡等.因此,居民生活用水與居民人數(shù)有密切的關(guān)系,因此,對居民生活用水的基本計算是通過居民人均用水量與居民人數(shù)的乘積來計算的,即居民用水量

    其中:Q為居民生活用水總量,P為主城區(qū)的人數(shù),N1為人均用水量.

    與居民生活用水相比,居民人均用水量數(shù)據(jù)相對更為穩(wěn)定且具有更好的規(guī)律性.

    張家口2001年至2013年的居民用水量和居民人數(shù)數(shù)據(jù)比對見表,從表中數(shù)據(jù)可以得出,用水量從2004年到2006年連續(xù)四年保持下降后從08年開始連續(xù)四年保持上升,但人均用水量基本一直保持在一個相對穩(wěn)定的值,約在60升/d左右.但從2011年開始人均用水量有較大提升,這與近年來城市建設(shè)發(fā)展,居民居住條件有了較大改善有較為直接的關(guān)系.

    表1 2001-2013年張家口居民生活用水表

    圖1 2001至2013年居民用水量圖

    由圖可以看出,居民用水量經(jīng)歷了兩個階段,分別是2001年到2008年的基本徘徊不變甚至下降階段和2008年到2013年的迅速上升階段.

    2 利用指數(shù)平滑法對張家口市人均居民生活用水量進(jìn)行預(yù)測

    以指數(shù)平滑法對張家口市人均居民生活用水量進(jìn)行預(yù)測是指按照公式Q1=a1+a2ea3t對近年來張家口市人均居民生活用水量數(shù)據(jù)擬合,并使用該公式預(yù)測未來張家口市人均居民生活用水量.如圖2為分別采用2001年至2013年和2008年至2013年數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到的結(jié)果.

    如圖2擬合量1所示取2001年至2013年數(shù)據(jù),通過遺傳算法擬合a1,a2,a3得到

    擬合函數(shù)平均絕對百分比誤差MAPE5.46%,利用該公式預(yù)測得到2020年張家口市人均居民生活用水量116.306L/d,2030年張家口市人均居民生活用水量463.9082L/d.與河北省城市居民生活用水的定額110L/d相差甚遠(yuǎn),不具備參考價值.

    如圖2擬合量2所示取2008至2013年間數(shù)據(jù),利用相同方法擬合得到

    擬合函數(shù)平均絕對百分比誤差MAPE0.9%.利用該公式預(yù)測得到2020年張家口市人均居民生活用水量149.9591L/d,2030年張家口市人均居民生活用水量412.3684L/d.同樣與河北省城市居民生活用水的定額110L/d相差甚遠(yuǎn),不具備參考價值.

    圖2 利用指數(shù)平滑法擬合張家口市人均居民生活用水量

    3 利用S型模型對張家口市人均居民生活用水量進(jìn)行預(yù)測

    在環(huán)境、區(qū)域一致的地區(qū),影響人均居民生活用水量的主要因素是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,當(dāng)國民收入還非常低時,人們生活上用水只是維持基本的生活,用水量比較少且隨著生活水平提高而緩慢增加.當(dāng)國民收入增加到一定水平,人們生活用水不僅僅是滿足基本的生活用水,還伴隨著生活水平的提高對水的需求在快速增加.當(dāng)增加到一定程度后,開始緩慢增加,最終使用水量達(dá)到穩(wěn)定的范圍,以保證人們過著舒適的生活.7此過程可以用一個S型曲線來描述.利用反正切函數(shù)擬合S型曲線

    其中:N1為人均生活用水量(L/(人·d));GDP為人均GDP(元/人).

    表2 2001-2013張家口人均居民生活用水與人均GDP表

    利用遺傳算法擬合得到結(jié)果如圖3

    N1=5.1453arctan0.0049719(gdp-26048)+69.393

    擬合函數(shù)平均絕對百分比誤差MAPE2.16%.

    圖3 利用S型模型擬合張家口市人均居民生活用水量

    按照年均7%的GDP增長率,利用該公式預(yù)測得到2020年張家口市人均GDP為48132元,將其帶入公式中得到人均居民生活用水量為76.0762,2030年張家口市人均GDP為94682元,將其帶入公式中得到人均居民生活用水量為76.0782,顯然,該公式更符合張家口市的實際,作為以后設(shè)計和規(guī)劃的參考數(shù)據(jù)更為合理.

    4 結(jié) 論

    不同的預(yù)測方法對預(yù)測結(jié)果的影響顯而易見,由于近年來我國經(jīng)濟(jì)呈飛速增長趨勢,在不考慮拐點的情況下,預(yù)測數(shù)據(jù)將會顯得極不合理,因此利用S型模型對張家口市人均居民生活用水量進(jìn)行預(yù)測較其他預(yù)測方法會顯得更為有效和合理.

    [1]侯俊,王超,吉棟梁.我國飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀及建議[J].中國給水排水,2007,23(20):103~106

    [2]崔慧珊,鄧逸群.居民用水量的影響因素研究評述[J].水資源保護(hù),2009,25(1):83~85

    [3]河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,河北省水利廳.河北省用水定額[M].2009

    [4]河北省區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異分析及協(xié)調(diào)發(fā)展研究,李曉珍,河北工業(yè)大學(xué),2005

    [5]張雅君,劉全勝.需水量預(yù)測方法的評析與擇優(yōu)[J].中國給水排水,2000,17:27~29

    [6]張成才.崔雅博.胡彩虹.需水量預(yù)測方法研究[J]-氣象與環(huán)境科學(xué)2009,1:24~27

    [7]左其亭.人均生活用水量預(yù)測的區(qū)間S型模型,水利學(xué)報,2008,39(3),351~354

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