城市区域供水需求预测研究

薄仲年

[摘 要]由于城镇化进程的不断推进，城市基础设施建设快速发展。供水需求也得到了明显的上升。本文以太原市A居民区为实证研究对象，利用灰色预测模型进行研究，对其未来的供水需求进行预测，以期为太原市居民区供水需求提供参考。

[关键词]城市供水；城市供水需求；供水需求预测

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.118

[中图分类号]TU991 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）24-0-02

水资源是每一个社会必不可少的稀缺资源，并且，在城市发展中起到至关重要的作用。随着我国经济的进一步发展，城镇化步伐的进一步加大，对于我国绝大多数城市来说，因为水资源的缺乏带来了供水压力，并且，城市水量需求激增与供水能力相对滞后之间的矛盾尤为明显。据统计，人均水资源占有量仅仅为世界平均水平的四分之一，是十三个严重缺水的国家之一，水资源更是制约经济社会发展的瓶颈，合理用水、节约用水，并且，通过客观精确地对城市的各个区域用水进行预测和规划，有利于节约水资源，能够依据用水量来进行供水和水价的规划。所以，进行城市区域的用水量预测，是供水基础设施建设的前提，是进行供水调度规划和水价阶梯定价的主要依据，对于我国城市供水需求的研究具有十分重大的现实意义。据统计，我国2014年底，我国大中城市的综合供水能力已经超过了20亿吨/日，比较2004年底的大约14亿吨/日，提高了大约42.9%。2014年年末，城市供水综合生产能力达到2.87亿立方米/日，比上年增长1.1%。城镇化建设进程的加快带来了城市供水事业的突飞猛进，如何进行城市供水需求的预测和分析，是进行供水基础设施建设的必要前提。

1 太原市A居民区供水概况

太原市地处山西中部，人口大约535.7万人，随着城镇化建设进程的不断加快，基础设施建设发展快速，特别是近几年来，随着南部、东部、北部和西部大立交桥的新建，改善了城市的道路交通建设，同时，供水管网不断向南部和东部地区延伸，覆盖了主城区和新城区的绝大部分供水区域，供水区域和供水能力得到了显著地增加。截止2015年底，太原市的输送水管网总长1 161公里之多，供水服务面积188.65 km2，供水人口226.75万人。综合供水能力86.3万立方米/日，并且，水质20多年来一直保持着100%的合格率。城市供水需求不断加大，城市供水区域也随之不断扩大，管网改造更新升级的速度也在不断加快。近十年来，供水管网的延伸和供水量的增加更是十分显著，太原市2006-2015年十年间的年度供水总量，见表1。

A居民区地处太原市小店区长风街繁华地段，随着城市中心的南移和居民小区入住率的逐年快速上升，供水需求量不断加大，相对于太原市整体的供水量增加来讲，则是增加的更快，特别是最近几年随着长风街的商业价值急剧上升，人口居住更加密集，带来了供水量的急剧上升。近五年的年供水总量，见表2。

2 供水量需求预测模型构建的理论基础分析

灰色预测可以对符合时间序列的数据进行延伸性的推理，并且因为预测精度较高在各个行业得到了广泛的应用。灰色预测理论是将一系列随机的离散型时间序列数据建立成近似的微分模型，利用累加手段生成一个函数，就是灰色建模预测的基础。随后进行残差的检验修正，提高精确度来进行预测的实施。因此，因为灰色预测理论的预测结果较为精准，并且受到相关因素的影响很少，在很多行业和领域得到了广泛的应用。依据太原市A居民区2011-2015年的供水量数据，利用灰色预测模型进行未来供水量预测，主要计算步骤如下。

第一步，构造原始时间序列XOK={4400，6460，9210，10980，12940}以及生成的时间序列X1K={4400，10860，20070，31050，43990}，由此建立数据矩阵B、Yn如下：

Yn=[X02，X03，X03，X05]=[6460，9210，10980，12940]

第二步，将B、Yn代入公式得到两个待估参数a，u。利用最小二乘法的原理，将两个待估参数a，u表示为向量[a，u]，则有A=[a，u]T=[BTB]-1BTYn，经计算得到，a=-0.211，u=5360.2。

第三步，通过待估参数构建微分方程，得到灰色预测模型GM（1，1）为：

令x10=x01=440，将各个数据代入微分方程可得到时间响应函数如下：

生成时间序列的数列误差检验表，见表3。

第四步，检验还原值。经过计算得到还原值及检验表，见表4和表5。

第五步，预测结果的分析。根据表4、表5的数据显示，各个误差均小于10%，并且，只有一个误差大于5%，是还原值的第二年份的预测值（即2017年的预测值）为8.36%，其他预测值的误差都小于5%。所以，有充分的理由认为构建的灰色预测模型能够真实地反映实际情况，无需再通过建立灰色预测模型GM（1，1）的残差模型来对原来的模型进行修正。

第六步，通过构建的灰色预测模型GM（1，1）来对A居民区未来供水需求量进行估计预测。

已知模型为=29800e0.211k-25400，可得到2015年以后未来四年A居民区的供水量数据，见表6。

3 预测结果的进一步讨论

从表6的预测结果来看，在未来的四年中，A居民区的供水需求量还会进一步的增加，与实际的发展状况是十分相符的。A居民区供水量最近几年的供水量急剧上升，不仅与太原市城市中心的南移关系密切，而且，由于城南教育、医疗和养老等资源优势以及地产业的开发火热，在推动消费的同时也加速了居民的向南部地区迁移，很多人开始选择在南城区买房居住。并且，A居民区因为地处南城区的中心地带，随着长风街的改造和建设路以及并州南路的改造升级，进一步地加大其商业投资利用价值，人们开始大量涌入长风街这样的繁华地段，并开始进行商品房的购买居住，是必然的趋势，而带来了未来几年之内的供水量逐年继续上升也就是必然的发展规律所致。所以，综合上述分析，从A居民区的实际情况结合理论研究来看，未来此片区的供水需求逐年加大是必然的。因此，准确地进行城市区域供水量的预测是十分必要的，不仅能够合理分配城市水资源，而且能过够为供水单位制订供水计划和进行供水设施更新升级提供理论上的依据和支撑。

主要参考文献

[1]白云.时间序列特性驱动的供水量预测方法研究及应用[D].重庆：重庆大学，2014.

[2]邢峰.数学建模方法在城市供水量预测中的应用[J].长春大学学报，2008（12）.

[3]刘洪波，谢玉霞，叶健，等.系统动力学在再生水供水量预测中的应用[J].系统工程，2013（7）.