张 军

(吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021)

吉林省中部城市引松供水二期工程(以下简称“吉林引松供水二期工程”)是中部供水工程的重要组成部分，利用正在建设的中部供水工程总干线、长春干线、四平干线、辽源干线，将干线的水量通过支线及水库调蓄后输送到长春市、四平市和辽源市及其所属11个市(县、区)，是中部供水工程发挥效益的重要步骤和保障。进行吉林引松供水二期工程需水预测是实现水资源可持续利用、水资源合理配置的前提，是合理确定吉林引松供水二期工程10条支线的设计流量和引水规模重要基础。

1 需水预测思路及方法

目前国内水资源规划和工程设计中采用的需水预测方法大致分为定额预测方法、趋势预测方法、数字模型法、指数预测方法等。这些方法均以现有的水资源统计数据为基础，基于用水机理和统计规律，以指标分析为线索，判断未来经济社会发展的水资源需求。为了寻找更加适合本工程实际要求的需水预测方法，笔者主要对比了趋势预测和定额预测两种方法，对吉林省中部地区城镇2020、2030年需水情况进行预测，通过合理性分析找到两种方法的适用性，为以后选择需水预测方法做参考。

1.1 趋势预测法

趋势预测法主要依据长系列供水和用水统计资料，规划设计水平年需水量的预测方法，该方法主要将规划设计水平年的用水需求和历史长系列的用水量相联系，不计入其他任何影响因素。在使用的预测模型中该方法需要的数据较少，计算也比较简单。具体计算方法较多，图形法和数学计算方法为常用方法，其中函数关系通常采用线性、非线性、指数关系等。用选取的用于建模的长系列数据序列，建立与时间相关的模型，具体公式如下：

线性模型：

Wt=x+y×T

(1)

指数模型：

Wt=x×ey*T

(2)

式中，Wt—预测年份的需水量；T—预测年份，x、y—模型参数。

趋势预测法适用于长系列用水量变化有显著规律性的情况，趋势法推算函数方程可以通过Excel表格的拟合函数功能来简单实现。需水预测通常需要相关地区的国民经济发展规划和城市总体发展规划等资料，而部分地区缺乏相关社会经济发展规划等资料，趋势预测法可以很好地解决上述资料不足的影响。但趋势法应用的前提条件是时间序列有一定的长度且本身变化稳定，拟合曲线均方差要小。同时，趋势法是利用长系列的历史用水统计资料规律来进行预测，当系列资料较短时，趋势法推算规划年需水时，预测的精度较差，同时预测精度随着周期的加长而降低。对于需水预测来说，规划设计水平年需水受经济发展、产业结构调整等多种因素的综合影响，现阶段还没有一种方法能定量分析出众多因素对需水量预测的影响，因此趋势预测方法也是需水预测的常用方法之一。

1.2 定额预测法

定额预测法主要涉及到相关地区国民经济发展指标和相关行业用水定额的预测。国民经济发展指标主要包括人口预测指标，第一产业的农田灌溉面积、牲畜数量等，第二产业的工业、建筑业增加值，第三产业的增加值等指标。用水定额采用人均日生活用水量，农田亩均用水量，工业，建筑，三产万元增加值用水量等指标表示，该方法是现阶段在我国水资源规划和工程设计中应用最广泛的方法。定额法的缺点主要体现在，对国民经济发展指标的预测误差和相关行业用水定额预估误差两方面，国民经济发展预测指标影响因素较多，而且有些因素是不可预测的，目前都是依据现有的各行业发展规划对未来国民经济指标做出的预测，所以存在有些指标估计不足，和未来发展有差距。对各行业用水定额的预测，特别是5年以上的相关行业定额预测，缺乏有效的定量和检测手段。因此定额预测法在实际应用中应对国民经济发展指标和用水定额指标的预测多搜集相关行业部门的资料，多做相关分析，请各行业相关专家多做论证，完全可以提高预测的精度，把需水预测误差控制在合理的范围内。

2 需水预测成果

2.1 趋势预测法成果

对中部地区城镇近20年用水量增长过程分析，按照其用水规律发展趋势,预测中部地区2020、2030年需水量，根据对中部地区城镇水资源调查成果，中部地区城镇1994—2013年用水量见表1，由表1可以描绘出吉林省中部地区城镇用水量变化趋势图，如图1所示。

表1 吉林省中部地区城镇用水量统计 单位：万m3

图1 吉林省中部地区历年用水量发展趋势图

本次分别用线性、指数函数对历年用水量进行曲线拟合，用拟合后的方程分别推算吉林省中部地区城镇2020年、2030年用水量。

采用线性拟合的方程：

y=2530.6×x-5×106

(3)

采用指数拟合的方程：

y=2×10-34e0.0443x

(4)

分别根据上述拟合的方程得到吉林省中部地区城镇2020、2030年的用水量，见表2。

表2 吉林省中部地区城镇需水预测(趋势法)成果 单位：万m3

2.2 定额法预测成果

依据《振兴吉林老工业基地规划纲要》《吉林省新型城镇化规划》以及省内具有权威性研究部门提出的重大课题等成果，对吉林省中部地区经济未来增长情况进行了分析预测，中部地区经济是吉林省经济的重心，将集中发展其优势产业，如长春地区以汽车产业、农产品加工业为支柱产业、以光电子信息、生物制药等为先导产业；四平市以农产品加工、机械加工制造、冶金及建材工业为基础，并改造及提升医药、轻纺、电子工业等产业；辽源地区主要发展纺织、造纸、化工、冶金、食品加工、能源、采掘业及制造业等行业，并对各市县行业发展进行了预测。具体经济预测指标见表3。

表3 中部地区经济指标预测成果表

对吉林省中部地区城镇用水按行业分为生活用水、工业用水、建筑业用水、三产用水和生态用水，其中生活用水以现状水平年用水定额调查为基础，对规划水平年按城镇级别用水定额进行生活需水预测。工业需水定额是在各业用水典型调查的基础上，参照全国水资源综合规划专题研究《二三产业用水与节水指标研究》成果分析确定的，按照高用水工业、火力发电、一般工业分类研究，其中，高用水工业分为纺织、造纸、石化、冶金、食品、化工等六个行业。采用万元增加值需水量作为工业需水定额，在对各行业现状节水水平分析的基础上，参考目前国内外先进行业用水水平，为体现工业各行业用水水平及反映产业结构调整对需水量的影响，对工业各行业经济指标及用水定额分别进行预测，按定额法进行工业需水量进行预测。第三产业用水按增加值预测。城镇生态需水预测按指标定额法预测。需水预测中考虑了产业结构调整、技术经济条件、节水措施等因素。吉林省中部地区2020、2030年各行业需水预测成果见表4。

表4 中部地区城镇需水预测(定额法)成果 单位：万m3

3 合理性分析

合理性分析包括各类预测指标发展变化趋势的合理性分析，各行业用水变化趋势的合理性分析。长春市、九台市、德惠市、四平市、公主岭市、辽源市六座供水城市1994—2013年总用水量年均增长4.6%，其中生活用水年均增长4.35%，工业用水总量年均增长2.8%。从全国大多数城市用水看，需水总量的增长趋势是逐步趋缓，本工程供水城镇现状用水较为紧张，需水增长会出现近期较快、后期逐步减缓的趋势，总体趋势是下降的。趋势法预测时只考虑了历史的用水变化规律情况，未考虑未来产业结构调整而产生的需水变化，与实际用水相差较大；定额法则相对较为复杂，不仅要对过去的经济指标、用水定额、用水量进行总结，且需对未来各行业的经济指标和用水定额做出合理的预测。吉林引松供水二期工程由于涉及的供水城镇众多，各城镇经济社会发展水平各不相同，用水水平也不相同，因此定额法更能结合各个供水城镇的具体特点进行需水预测，从而保证水资源配置的合理性，合理确定各个支线的引水规模。

4 结语

目前需水预测方法都存在较大的主观因素，存在进一步改进的空间，但从长期发展和实际工程看，定额法预测仍是需水预测的主要方法，本文通过工程实例，选取了趋势法和定额法进行需水预测，通过合理分析选定了定额法作为工程设计的采用方法，表明在实际的工作中，定额法相对于其他方法更适合于工程规划、设计等工作。需水预测涉及到国民经济和社会各个行业，科学合理的需水预测成果不是只靠设计人员和水利部门能够单独完成的，不仅要有科学的预测方法，更需要大量的可靠的各部门用水情况和社会各个行业发展方向的数据作为支撑，才能保证需水预测成果的合理性。