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    泉州市城鎮(zhèn)居民綜合生活需水預測方法研究

    2020-04-07 01:29:46
    水資源開發(fā)與管理 2020年3期
    關鍵詞:需水泉州市需水量

    (泉州市金雞攔河閘管理處,福建 泉州 362333)

    水是人類生活和生產的最基本保證,也是社會發(fā)展必不可少的重要基礎性資源、戰(zhàn)略性經濟資源和公共性社會資源[1]。泉州地處福建東南沿海,是海峽西岸經濟區(qū)中心城市之一,經濟總量連續(xù)十多年持續(xù)保持全省地級市之首,全市多年平均水資源量為96.78億m3,而人均水資源占有量為1020m3[2],僅為福建全省人均水資源量3454m3[3]的1/3。隨著泉州市經濟社會的發(fā)展,城鎮(zhèn)居民綜合生活用水需求增加,對水資源的支撐和保障提出了更高的要求,作為全市需水預測的重要組成部分,合理準確地預測城鎮(zhèn)居民綜合生活用水很有必要。

    1 需水預測方法

    需水預測方法很多,主要包括定額法、趨勢分析法[4]、時間序列法[5]、因果分析法[6]、相關分析法[7-8]等。定額法是水資源規(guī)劃中常用的方法,即采用經濟社會發(fā)展指標和相應的定額預測需水量[9]。定額法比較直觀,簡單易行,便于考慮各種因素變量及政策性調整[10],是目前水資源綜合規(guī)劃以及其他預測工作中比較常用的一種方法[11]。其他分析方法主要是數(shù)學推算法,考慮人口、經濟指標等相關影響因素,采用不同數(shù)學模型進行需水預測。上述方法各有優(yōu)劣,本文采用定額法、趨勢分析法、年均增長率法、回歸分析法等對泉州市城鎮(zhèn)居民綜合生活用水預測進行研究,并推算2030年預測成果。

    1.1 定額法

    定額法可以用公式表達如下:

    (1)

    式中:W為預測年的需水總量,m3;qi為預測年各部門需水定額;pi為預測年各部門的經濟社會指標。

    1.2 趨勢分析法

    趨勢預測法基于歷史統(tǒng)計的大量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,將區(qū)域內歷年的指標資料,利用增長曲線進行擬合,從而預測未來的用水量。常見的有線性模型、多項式模型、對數(shù)模型、指數(shù)模型、乘冪模型等。

    線性模型:y=ax+b

    多項式模型:y=ax2+bx+c

    對數(shù)模型:y=alnx+b

    指數(shù)模型:y=aebx

    乘冪模型:y=axb

    上述模型中:y為預測年的相應指標(如水量、經濟產值、人口數(shù)量等);x為自變量;a、b、c為相應系數(shù)。

    1.3 年均增長率法

    年均增長率法計算公式如下:

    Qt=Q0(1+d)n

    (2)

    式中:Q0和Qt分別為現(xiàn)狀年和預測年的相應數(shù)值;n是現(xiàn)狀年至預測年的間隔年數(shù);d是年均增長率。

    1.4 回歸分析法

    回歸分析法是結構分析法的一種,從研究客觀事物與影響因素的關系入手,建立預測對象與影響因素之間的關系模型。選取城鎮(zhèn)人口、地區(qū)生產總值、第三產業(yè)增加值等指標作為城鎮(zhèn)居民綜合生活用水的影響因素建立模型,公式如下:

    W=aX1+bX2+cX3+d

    (3)

    式中:W為預測年的水量,m3;X1為城鎮(zhèn)人口數(shù)量;X2為地區(qū)生產總值;X3為第三產業(yè)增加值;a、b、c、d為系數(shù)。

    2 規(guī)劃水平年城鎮(zhèn)居民綜合生活用水需水預測

    以2015年為現(xiàn)狀年,規(guī)劃水平年為2030年。2005—2015年經濟社會發(fā)展指標及城鎮(zhèn)生活和城鎮(zhèn)公共用水量見表1,數(shù)據(jù)來源于泉州市統(tǒng)計年鑒和泉州市水資源公報,人口均指常住人口而非戶籍人口。

    表1 泉州市經濟社會發(fā)展指標歷史數(shù)據(jù)

    續(xù)表

    對表1中人口、地區(qū)生產總值、第三產業(yè)增加值等經濟社會發(fā)展指標建立趨勢分析模型,計算2005—2015年的模型預測值與實際值的相對誤差,并得出誤差均方差,見表2。

    表2 2005—2015年經濟社會發(fā)展指標不同預測模型的均方差

    由表2數(shù)據(jù)可知,在人口、GDP和第三產業(yè)增加值預測中,多項式模型均方差比其他模型小,說明多項式模型預測結果相對精度最高,其次為線性模型,對數(shù)模型預測結果精度最低。

    用趨勢分析法預測2017年數(shù)值,并與2017年實際指標相比較,結果見表3和表4。

    表3 趨勢分析法預測2016年、2017年人口結果

    由表3預測結果可知,人口數(shù)量預測結果均較好,2016年和2017年預測誤差均低于3%,多項式模型的預測結果最好,其次為指數(shù)和線性模型。

    表4 趨勢分析法預測2016年、2017年經濟指標結果

    由表4預測結果可知,經濟指標預測結果的差異性較大。GDP預測結果最好的是多項式模型,誤差在3%以內,第三產業(yè)預測結果指數(shù)模型和多項式模型較好,指數(shù)模型預測數(shù)據(jù)偏大,多項式模型預測數(shù)據(jù)偏小。鑒于指數(shù)模型增長曲線過快,預測期限越長,偏差越大,因此以多項式模型為主,結合近年增長情況,適當上浮預測結果。最終預測結果見表5。

    表5 趨勢分析法預測2030年經濟社會發(fā)展指標結果

    根據(jù)趨勢分析法預測2030年全市人口945.50萬人,隨著城鎮(zhèn)化水平的提高,2030年預計城鎮(zhèn)化率為78%,則城鎮(zhèn)人口為737.50萬人。

    2.1 定額法需水預測

    2030年城鎮(zhèn)居民綜合生活需水量為2030年城鎮(zhèn)人口與城鎮(zhèn)居民綜合生活用水定額的乘積。由表5可知,預測2030年全市城鎮(zhèn)人口為737.50萬人。根據(jù)2015年的水資源公報,泉州城鎮(zhèn)居民生活用水定額152L/(人·d),城鎮(zhèn)公共用水定額122L/(人·d)。隨著生活水平的提高和第三產業(yè)的蓬勃發(fā)展,城鎮(zhèn)居民綜合生活用水定額會有一定的增長。2030年城鎮(zhèn)居民綜合生活用水定額分析確定為320L/(人·d),則2030年泉州市城鎮(zhèn)居民綜合生活需水量為8.61億m3。

    2.2 趨勢分析法需水預測

    以2005—2015年的數(shù)據(jù)為基礎,分別建立相應的模型,預測2017年用水數(shù)據(jù),并與2017年實際用水數(shù)據(jù)相比對,判定預測結果。根據(jù)泉州市水資源公報,2017年全市城鎮(zhèn)生活和城鎮(zhèn)公共實際用水總量為5.64億m3,則預測結果及誤差見表6。

    表6 趨勢分析法預測2017年城鎮(zhèn)生活和城鎮(zhèn)公共用水量

    表6顯示在短期預測中,線性趨勢分析法誤差最小,其次為冪指數(shù)。多項式和指數(shù)模型預測結果偏大,曲線上揚;對數(shù)模型預測結果偏小,曲線緩升。以誤差最小的線性模型進行預測,則2030年需水量為9.87億m3。

    2.3 年均增長率法需水預測

    根據(jù)2005—2015年的用水量數(shù)據(jù),除2012年因用水類別調整導致數(shù)據(jù)突增外,其余年份年均增長率基本在3%~4%之間。以3%計,則2017年預測用水量為5.74億m3,與實際相比,誤差為1.77%,認為3%的年均增長率較為合理。以年均增長率以3%計,則2030年預測需水量為8.44億m3。

    2.4 回歸分析法需水預測

    采用表1的數(shù)據(jù)進行回歸分析,公式如下:

    W=-0.007X1+0.0025X2-0.00457X3+3.8627

    (4)

    相關參數(shù)分別見表7、表8。

    表7 回歸統(tǒng)計

    表8 方差分析

    相關系數(shù)R為0.970,說明自變量和因變量之間高度正相關;調整后的校正測定系數(shù)為0.915,說明自變量可以解釋因變量的91.5%,其余8.5%要由其他因素來解釋;標準誤差0.30,說明擬合程度很好。表中最重要的數(shù)據(jù)是方差分析表中的F顯著性統(tǒng)計量,此值判斷回歸模型的回歸效果,數(shù)值為0.000115,小于顯著性水平0.05,所以方程回歸效果顯著。

    將2017年的城鎮(zhèn)人口、地區(qū)生產總值、第三產業(yè)增加值帶入,則2017年用水量為5.13億m3,與實際值相比偏低,誤差為9.2%。將表5中的2030年的城鎮(zhèn)人口、地區(qū)生產總值和第三產業(yè)增加值帶入,則可得2030年需水量為8.82億m3?;貧w分析法中,規(guī)劃水平年的預測水量數(shù)據(jù),受人口、地區(qū)生產總值、第三產業(yè)增加值等影響,因此合理預測規(guī)劃水平年的經濟社會發(fā)展數(shù)據(jù)至關重要。

    2.5 預測結果比較

    不同方法計算結果比較見表9。

    表9 不同方法預測的2030年需水量結果

    表9數(shù)據(jù)顯示:線性趨勢分析法預測結果偏大,為9.87億m3,其他3種分析方法預測結果較為接近,在8.44億~8.8億m3之間,平均值為8.62億m3。因此,2030年泉州市城鎮(zhèn)居民綜合生活預測需水量為8.62億m3。

    綜上分析可知:趨勢分析法預測結果的準確性受基礎數(shù)據(jù)影響明顯,因此更常用于人口、GDP等經濟社會發(fā)展指標的預測。年均增長率法簡單易行,不同增長率對結果影響過大,一般不單獨用于長期需水量的預測。定額法常用于生活需水預測,由于定額有不同地方標準可參照,一般認為預測結果較好?;貧w分析法綜合考慮了用水的主要影響因素(如經濟社會發(fā)展指標),可通過相關回歸參數(shù)判定模型擬合性、回歸效果等,結果較好。

    3 結 語

    隨著中國城鎮(zhèn)化水平不斷的推進,特別是粵港澳等大型城市圈的帶動,泉州居民綜合生活用水量的影響因素愈加多元化、橫向化,即受第三產業(yè)(尤其是內需)規(guī)模和類型、常住人口組成比例(青中老比例)、工業(yè)GDP組成、環(huán)境友好生態(tài)城市發(fā)展綱要等多相關元素影響。建立多元回歸預測分析模型,對預測用水量是最佳的選擇,今后的預測模型還要向不同元素權重、模糊分析手段等方向進一步深入發(fā)展。

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