城市用水量預(yù)測方法探討

趙琪

摘要：城市用水量預(yù)測是進(jìn)行城市建設(shè)規(guī)劃、供水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的一項十分重要的工作。用水量的中、長期預(yù)測可以指導(dǎo)城市的規(guī)劃發(fā)展方向，水源布置、加壓泵站設(shè)置以及供水管網(wǎng)管徑選取、鋪設(shè)位置等規(guī)劃，用水量對城市用水量預(yù)測的研究具有很高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：城市水量；水量預(yù)測；預(yù)測技術(shù)

1.預(yù)測的基本原理

1.1慣性原則：過去行為不僅影響現(xiàn)在，還會影響未來，任何事物發(fā)展有一定的連續(xù)性。

1.2類推原則：事物相互之間在發(fā)展變化中常有類似的地方，利用兩事物的發(fā)生時間不同，表現(xiàn)形式相似的特點，由前一事物類推后一事物。

1.3相關(guān)性原則：任何事物發(fā)展都是相輔相成的狀態(tài)下共同發(fā)展的。

1.4 概率推斷原則：當(dāng)推斷預(yù)測結(jié)果比較大的概率出現(xiàn)，認(rèn)為這個結(jié)果是成立的。

用水量預(yù)測是預(yù)測的一個分支，從預(yù)測的步驟來闡述用水量預(yù)測中的問題，重點對預(yù)測方法進(jìn)行比較。

2.用水量預(yù)測的步驟

2.1確定預(yù)測目標(biāo)、時間限度

在新城市發(fā)展規(guī)劃中，城市水量需求預(yù)測是城建不笨特別重視的問題，水量需求預(yù)測的科學(xué)合理程度，將直接影響城市市政工程和相應(yīng)設(shè)施規(guī)模的進(jìn)一步建立，它覆蓋方面廣，政策導(dǎo)向性高，并且用水量標(biāo)準(zhǔn)的高低直接影響建設(shè)投資、擴(kuò)建期限、未來水量的保證等方面。計算規(guī)劃期內(nèi)人口、生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展規(guī)模和性質(zhì)，估算用水量。用水量的預(yù)測則分為短期和長期的預(yù)測。短期預(yù)測為供水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行提供了依據(jù)，它是根據(jù)過去的十幾天貨及時填用水量記錄及影響用水量的因素對未來幾小時、一天或者幾天用水做出預(yù)測。長期預(yù)測為城市整體建設(shè)提供依據(jù)，它是根據(jù)城市人口增長速度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度等方面對未來幾年至幾十年后城市的用水量做出的預(yù)測。

2.2通過收集數(shù)據(jù)資料，了解規(guī)律

收集對象用水量的歷史資料，影響因素如人口、工業(yè)產(chǎn)值、生活條件、氣候條件等，未來可能表現(xiàn)狀況，分析加工整理，力求真實、可靠。

2.3選擇用水量預(yù)測方法

用水量預(yù)測是定量分析，目前主要使用回歸法、時間序列法和系統(tǒng)方法。

2.3.1回歸法以客觀事物與影響因素的關(guān)系研究切入，分析影響預(yù)測對象的各方面因素，建立預(yù)測的對象與影響因素關(guān)系模型，研究影響因素的變化規(guī)律所反映出的預(yù)測對象變化規(guī)律。

特點：需大量數(shù)據(jù)，長期預(yù)測，歷史悠久，比較成熟。

2.3.2時間序列法，取決于被預(yù)測量的歷史觀測數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的模式，通過序列分析查出順序變化規(guī)律。

缺點：缺少具體因果分析，當(dāng)未來離現(xiàn)在較遠(yuǎn)時，不確定因素增加，長期預(yù)測可信度差。

優(yōu)點：簡便，需時短，對中短期預(yù)測，尤其是缺少數(shù)據(jù)的情況適用。

2.3.3因用水的復(fù)雜性、非線性、時變化性，有人口，居民活動、生活習(xí)慣、生產(chǎn)和生活條件等諸多因素的影響，一般的回歸模型難以描述各影響因素與用水量之間的復(fù)雜關(guān)系。不容易建立精確數(shù)學(xué)模型，水量模型有多種不確定性和非線性，系統(tǒng)預(yù)測方法的灰色預(yù)測法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法更能很好適應(yīng)這些特點。

（1）灰色系統(tǒng)理論指出，盡管客觀事物或系統(tǒng)表象復(fù)雜、數(shù)據(jù)離亂，但總是有序的整體功能，具有內(nèi)在規(guī)律，關(guān)鍵在于怎樣挖掘和利用?；疑A(yù)測模型（GM）通過對原始數(shù)據(jù)生成處理，使呈指數(shù)趨勢變化 ，建立指數(shù)微分方程 ，最終得到預(yù)測模型。

特點：數(shù)據(jù)量少，最少只需4個數(shù)據(jù)，短期預(yù)測效果較好。

（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指由海量簡單神經(jīng)單元相聯(lián)構(gòu)成的一種計算結(jié)構(gòu)，在一定程度上可以模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)過程，具備解決實際問題的能力。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既具有強(qiáng)大的反應(yīng)能力，可以解決任何復(fù)雜因果關(guān)系，還具有豐富的優(yōu)點，能夠從大量的歷史數(shù)據(jù)中進(jìn)行操練，從而找出變化規(guī)律。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中應(yīng)用最廣的是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實際上它是梯度下降法，算法性能依賴初始條件，學(xué)習(xí)過程易陷入局部最小，收斂慢。但可以對算法改進(jìn)。

2.4確定模型及評價

通過預(yù)測方法，確定一個簡潔適應(yīng)的模型。評價的準(zhǔn)則：

①合理性。事物發(fā)展規(guī)律一致性質(zhì)、經(jīng)驗和邏輯判斷與事物發(fā)展趨勢一致。

②預(yù)測能力。預(yù)測期間事物發(fā)展條件是否變化，預(yù)測的誤差范圍要小。

③穩(wěn)定性。較長的時間內(nèi)能準(zhǔn)確反映對象的發(fā)展變化情況，參數(shù)對統(tǒng)計數(shù)據(jù)影響小。如以1999年的數(shù)據(jù)和以2002年的數(shù)據(jù)為起點對模型影響不大。

2.5提供預(yù)測結(jié)果

對有關(guān)部門提供預(yù)測結(jié)果。

3.總結(jié)

通過對預(yù)測技術(shù)的了解，詳細(xì)介紹用水量預(yù)測的步驟與方法，因用水量不容易建立數(shù)學(xué)模型，用水量模型具有多種不確定性、非線性，推薦系統(tǒng)方法預(yù)測短期用水量。

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