傅金祥, 馬興冠
(沈陽建筑工程學(xué)院市政與環(huán)境工程系，遼寧沈陽 110015)

　　摘　要：綜述了水資源需求預(yù)測的常用方法和國內(nèi)外研究概況，就長期需水量預(yù)測結(jié)果與實際情況誤差較大的問題作了深入的分析與探討。
　　關(guān)鍵詞：水資源；需水量預(yù)測；預(yù)測方法
　　中圖分類號：TU991.3
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2002)10-0027-03

1 水資源需求預(yù)測方法

　　預(yù)測方法分為直觀預(yù)測法、時間序列預(yù)測法和模擬模型預(yù)測法三大類(見表1)。

表1 常用需水量預(yù)測方法分類 直觀預(yù)測法 頭腦風(fēng)暴法 特爾斐法 主觀概率法 關(guān)聯(lián)樹法 先行指標法 時間序列預(yù)測法 約速外推預(yù)測法 滑動平均法 簡單平均法 簡單滑動平均法 加權(quán)滑動平均法 指數(shù)平滑法 趨勢外推(公式)法 多項式模型指數(shù)模型 季節(jié)變動法 　 　 概率預(yù)測法 馬爾克夫法 一重鏈狀相關(guān)預(yù)測 模型預(yù)測 博克斯—詹金斯(B-J)法 自回歸模型 滑動平均模型(MA) ARMA模型 模擬模型預(yù)測法 結(jié)構(gòu)分析法 回歸分析 一元線性回歸分析 多元線性回歸分析 非線性回歸分析 工業(yè)用水彈性系數(shù)預(yù)測法 指標分析法 系統(tǒng)方法 灰色預(yù)測方法 灰色關(guān)聯(lián)度分析 灰色數(shù)列預(yù)測 灰指數(shù)預(yù)測 灰色拓撲預(yù)測 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法(ANN)，以BP模型為代表 系統(tǒng)動力學(xué)方法

　　據(jù)預(yù)測周期的長短，需水量預(yù)測可以分為單周期預(yù)測方法和多周期預(yù)測方法。一般來說，各種預(yù)測方法的預(yù)測誤差都會隨著預(yù)測周期的增多而增大，然而誤差增長速度和抗隨機因素的能力有很大差別^[1]。?
　　直觀預(yù)測法是一種定性預(yù)測，指依靠人的直觀判斷能力對未來用水狀況進行判斷的方法，也稱直觀判斷法。它在需水量預(yù)測中(特別在水資源決策中)占有十分重要的地位。
　　時間序列預(yù)測法是指對過去歷年的用水數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析以尋找其隨時間的變化規(guī)律并預(yù)測未來用水量的方法。
　　模擬模型預(yù)測法是指根據(jù)“同態(tài)性原理”建立需水模型，確定需水模型的各種邊界條件，從而確定未來用水量與現(xiàn)用水量之間的關(guān)系。?
　　時間序列分析法、灰色預(yù)測法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法均屬于單周期預(yù)測方法，而結(jié)構(gòu)分析法和系統(tǒng)動力學(xué)方法是在分析用水系統(tǒng)、收集多種用水數(shù)據(jù)后建立起來的，可以得到較多周期的預(yù)測值，屬于多周期預(yù)測方法。

2 國內(nèi)外需水量預(yù)測

　　許多發(fā)達國家從20世紀60年代起就開始重視對國民經(jīng)濟各部門未來用水量的預(yù)測。1977年聯(lián)合國世界水會議在阿根廷馬德普拉塔(Mar Del Plata)召開，號召各國要進行一次專門的國家級水資源評價活動。1987年和1992年聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展委員會先后出版了《我們共同的未來》和《21世紀議程》，它們使水資源研究開始圍繞著面向未來的可持續(xù)發(fā)展這一中心問題蓬勃展開，從而推動了需水量預(yù)測研究的深入進行。?
　　20世紀70年代以來，各國陸續(xù)開展了中長期供需水量的預(yù)測工作。聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織的研究成果認為^[2]，從目前工業(yè)發(fā)展的趨勢來看，2025年工業(yè)用水量要比1995年增加一倍多，即屆時工業(yè)用水量將達到1.5×10¹²m³。?
　　1980年前后，在中國農(nóng)業(yè)區(qū)劃工作的帶動下，開展了水資源調(diào)查評價和水資源利用評價工作^[3]。吸收國外經(jīng)驗，把水文評價與水的利用和供需展望結(jié)合進行，于1986年分別提出了全國、各流域(片)和各省、自治區(qū)、直轄市三個層次的研究報告，進行了需水量預(yù)測研究(至2000年)。?
　　中國科學(xué)院水問題聯(lián)合中心從1992年下半年開始組織完成了“中國水資源開發(fā)利用在國土整治中的地位與作用”這一重大課題，并參加編制了《中國21世紀議程》，從如何解決我國的水資源持續(xù)利用出發(fā)，開始了新一輪需水量預(yù)測研究。?
　　據(jù)水利部門研究[4、5]，2030年以前我國用水量的增長是不可避免的，2010年與2030年用水總量將分別達到全國水資源總量的25%和36%，已接近我國水資源開發(fā)利用的極限(35%～40%)。希望2030年以后用水量不再增長，而是依靠科技進步解決水問題。水利部門的一些專家^[4、6]認為，到2100年我國用水量將達到國內(nèi)水資源可利用量的極限，即稱謂受水資源條件制約的零增長狀態(tài)。國內(nèi)眾多專家預(yù)測^[3]，中國未來需水總量在8000×10⁸m³左右，最高達10000×10⁸m³。?
　　陳家琦認為^[5]，21世紀初我國農(nóng)業(yè)用水量穩(wěn)定在5000×10⁸m³，2030年生活用水量將達到450××10⁸m³，2030年總用水量將接近零增長。?
　　張岳認為^[6]，由于人口的繼續(xù)增加和生活水平的不斷提高，我國生活需水量預(yù)計在2030年將達到(1000～1100)×10⁸m³，2050年將達到(1200～1300)×10⁸m³；工業(yè)需水量也會繼續(xù)增長，但增長趨勢將有所變緩，預(yù)計2050年以后，我國工業(yè)需水量有可能出現(xiàn)零增長現(xiàn)象；在未來幾十年中，我國生態(tài)環(huán)境需水量將會明顯增加，2030年將達到(300～400)×10⁸m³，2050年可達到(600～800)×10⁸m³。
　　劉善建參照國外對世紀水資源利用的預(yù)測情況預(yù)測了我國1990年—2090年百年間的需水量(見表2)，認為2050年前后我國人口和工業(yè)用水量均將趨于穩(wěn)定，2090年后全國總用水量趨于10200×10⁸m^3[7]。

表2　1990年—2090年總需水量預(yù)測 年份 1990 2000 2010 2030 2050 2090 預(yù)測總需水量(10⁸m³) 5050 6000 6900 8500 9600 10200 浮動范圍(%) ±1.0 ±1.0 ±2.0 ±3.5 ±4.0 ±5.0

　　在《中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究》中，水利專家采用人均用水量預(yù)測方法和階段趨勢分析法預(yù)測了我國2000年—2050年需水量，認為2030年以后東、中、西部地帶將依次進入需水總量的“零增長”期，全國需水量于2050年達到峰值，國民經(jīng)濟總需水量峰值為8000×10⁸m³，最小可能為7000×10⁸m^3[8]。

3 需水量預(yù)測中存在的問題

　　事實證明，由于預(yù)測方法的局限性，許多長期預(yù)測的需水量都偏大^[4、8]。表3為1985年世界主要國家的預(yù)測結(jié)果與實際用水量比較。

表3 1985年主要國家需水量預(yù)測與實際用水量比較 國 家 西班牙 日本 美國 瑞士 預(yù)測總需水量(10⁸m³) 329 1174 4550 50 實際用水量(10⁸m³) 263 892 4670 32 偏差率(%) 20 24 -2.5 56

　　從表3可以看出，除美國外，其他國家的預(yù)測結(jié)果都相去甚遠。美國國家水資源委員會在1968年的報告中曾預(yù)測2000年、2020年總需水量將在1965年用水量的基礎(chǔ)上分別增長200%和407%(即分別達11116×10⁸m³和18900×10⁸m³)，但到了1975年，他們意識到如此高的用水量將無法實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，于是在第二次評價中綜合考慮了水污染、水資源量等多種因素及節(jié)水措施，使預(yù)測結(jié)果和美國目前的實際用水量十分接近。?
　　我國的需水量預(yù)測長期以來一直過于“超前”，預(yù)測結(jié)果都已經(jīng)或即將被證明是明顯偏大的。
　　對單項需水量的預(yù)測也存在著結(jié)果偏大的情況，其中以工業(yè)用水需求量的預(yù)測最為嚴重。如在建設(shè)部“城市缺水問題研究”報告中以1993年為預(yù)測基準年，預(yù)測2000年全國城市的工業(yè)需水量將達到406×10⁸m³，而2000年的實際用水量由1993年的291.5×10⁸m³降至不足260×10⁸m³。又如北京市曾預(yù)測1995年—2000年市區(qū)工業(yè)需水量將以年均6%的速度遞增，而實際上從1989年—1997年北京市區(qū)的工業(yè)用水量卻減少了12.5%。?
　　對地區(qū)需水量的預(yù)測結(jié)果也大多明顯偏高。如山西省在水利部門“七五”期間預(yù)測1990 年的需水量為(72～76)×10⁸m³、2000年為(90～100)×10⁸m³，而實際上1990年的用水量僅為54×10⁸m³，1994年僅為63×10⁸m^3[7]。再如1984年預(yù)測遼寧省2000年的需水量為229.93×10⁸m³，而2000年的實際用水量僅為144.79×10⁸m³，預(yù)測值與實際值相去甚遠(見表4)^[9]。 表4　遼寧省2000年需水量預(yù)測與實際用水量比較 項 目 總用水量 農(nóng)業(yè)灌溉 工業(yè)用水 城市生活 農(nóng)村人畜 預(yù)測需水量(10⁸m³) 229.93 133.54 73.69 10.70 12.00 實際用水量(10⁸m³) 144.79 92.57 30.31 15.57 6.34 偏差率(%) 58.80 44.26 143.12 -31.28 89.27

　　20世紀80年代初水利部門對2000年的全國需水總量預(yù)測為7096×10⁸m^3[1]，張岳等^[4、6]預(yù)測為6375×10⁸m³，1994年《中國21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書》中預(yù)測為6000×10⁸m³，而1997年全國實際用水量為5566×10⁸m³,1999年僅為5591×10⁸m³，表明前面各位專家的預(yù)測結(jié)果明顯偏高。
　　經(jīng)分析認為，長期預(yù)測結(jié)果偏大的原因是：?
　?、?對經(jīng)濟發(fā)展和用水需求的客觀規(guī)律沒有認識清楚，誤以為隨著經(jīng)濟的發(fā)展用水量必然不斷增加，實際上隨著科技水平的提高、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的變化、防治污染以及水價的變化，用水定額會不斷降低。一些發(fā)達國家在經(jīng)濟增長的情況下就出現(xiàn)了用水量零增長甚至負增長。?
　?、?目前各地常用的預(yù)測方法(如指數(shù)預(yù)測法、定額預(yù)測法、趨勢法等)具有一定的局限性。由于需水預(yù)測涉及社會、經(jīng)濟、人口、城市化、技術(shù)進步、環(huán)境等多方面的復(fù)雜問題，不確定性因素很多，而現(xiàn)在一些常用預(yù)測方法通常只能反映一種平穩(wěn)的幾何增長過程，所以預(yù)測的結(jié)果與實際用水量相去甚遠。
　?、?預(yù)測模式中參數(shù)選擇不當使需水過程難以被準確描述。如工業(yè)用水結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，若簡單地根據(jù)工業(yè)總產(chǎn)值預(yù)測用水量的長期增長趨勢會造成誤差較大。另外，產(chǎn)值的彈性或不確定性很大，難以反映用水效率和水平。發(fā)達國家近20多年來工業(yè)用水量為零增長的主要原因是工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，因而不把握工業(yè)結(jié)構(gòu)的演變而只是以工業(yè)總產(chǎn)值來預(yù)測用水量，必然會使工業(yè)用水量長期預(yù)測值偏高。?
　　④ 預(yù)測模式中系數(shù)的取值不當也使預(yù)測結(jié)果偏離實際。需水量預(yù)測要切實考慮本地區(qū)的現(xiàn)實情況，由于各地用水水平差異很大，不能簡單地參照國外或其他地區(qū)的指標。?
　　⑤ 對水資源實際供給能力的約束力考慮不足，脫離了本國、本地區(qū)的水資源實際承載能力。無約束的水資源預(yù)測違背了預(yù)測的基本規(guī)律，必然會造成預(yù)測值偏大，如某省在規(guī)劃中預(yù)測的2020年需水量達到了該地區(qū)多年平均水資源量的92%，這顯然是不客觀的，也是不可能實現(xiàn)的。

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　　收稿日期：2002-04-27