水資源需求預(yù)測及存在的主要問題探討
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)。
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10200×108m3[7]。
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7000×108m3[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。
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63×108m3[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]。
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7096×108m3[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。
參考文獻:
[1]張雅君,劉全勝.需水量預(yù)測方法的評析與擇優(yōu)[J].中國給水排水,2001,17(7):27-29.
[2]水利電力部水利水電規(guī)劃設(shè)計院.中國水資源利用[M].北京:水利電力出版社,1989.
[3]陳家琦,王浩.水資源學(xué)概論[M].北京:中國水利水電出版社,1995.
[4]劉昌明,何希吾.中國21世紀水問題方略[M].北京:科學(xué)出版社,1996.
[5]陳家琦.中國水資源問題及21世紀初期供需展望[J].水問題論壇,1994,(1):17-19.
[6]張岳.中國水資源與可持續(xù)發(fā)展[M].南寧:廣西科學(xué)技術(shù)出版社,2000.
[7]劉善建.水的開發(fā)與利用[M].北京:中國水利水電出版社,2000.
[8]錢正英,張光斗.中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究報告集[R].北京:中國水利水電出版社 ,2001.
[9]宋達泉,沈善敏,金和春,等.遼寧國土資源[M].沈陽:遼寧人民出版社,1987.
電 話:(024)24510619 23844591
收稿日期:2002-04-27
論文搜索
月熱點論文
論文投稿
很多時候您的文章總是無緣變成鉛字。研究做到關(guān)鍵時,試驗有了起色時,是不是想和同行探討一下,工作中有了心得,您是不是很想與人分享,那么不要只是默默工作了,寫下來吧!投稿時,請以附件形式發(fā)至 paper@h2o-china.com ,請注明論文投稿。一旦采用,我們會為您增加100枚金幣。