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

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

1 水資源需求預測方法

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

表1 常用需水量預測方法分類 直觀預測法 頭腦風暴法 特爾斐法 主觀概率法 關聯樹法 先行指標法 時間序列預測法 約速外推預測法 滑動平均法 簡單平均法 簡單滑動平均法 加權滑動平均法 指數平滑法 趨勢外推(公式)法 多項式模型指數模型 季節變動法 　 　 概率預測法 馬爾克夫法 一重鏈狀相關預測 模型預測 博克斯—詹金斯(B-J)法 自回歸模型 滑動平均模型(MA) ARMA模型 模擬模型預測法 結構分析法 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 工業用水彈性系數預測法 指標分析法 系統方法 灰色預測方法 灰色關聯度分析 灰色數列預測 灰指數預測 灰色拓撲預測 人工神經網絡方法(ANN)，以BP模型為代表 系統動力學方法

　　據預測周期的長短，需水量預測可以分為單周期預測方法和多周期預測方法。一般來說，各種預測方法的預測誤差都會隨著預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]。?
　　直觀預測法是一種定性預測，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。
　　時間序列預測法是指對過去歷年的用水數據進行統計分析以尋找其隨時間的變化規律并預測未來用水量的方法。
　　模擬模型預測法是指根據“同態性原理”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用水量之間的關系。?
　　時間序列分析法、灰色預測法及人工神經網絡法均屬于單周期預測方法，而結構分析法和系統動力學方法是在分析用水系統、收集多種用水數據后建立起來的，可以得到較多周期的預測值，屬于多周期預測方法。

2 國內外需水量預測

　　許多發達國家從20世紀60年代起就開始重視對國民經濟各部門未來用水量的預測。1977年聯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年聯合國世界環境與發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發展這一中心問題蓬勃展開，從而推動了需水量預測研究的深入進行。?
　　20世紀70年代以來，各國陸續開展了中長期供需水量的預測工作。聯合國工業發展組織的研究成果認為^[2]，從目前工業發展的趨勢來看，2025年工業用水量要比1995年增加一倍多，即屆時工業用水量將達到1.5×10¹²m³。?
　　1980年前后，在中國農業區劃工作的帶動下，開展了水資源調查評價和水資源利用評價工作^[3]。吸收國外經驗，把水文評價與水的利用和供需展望結合進行，于1986年分別提出了全國、各流域(片)和各省、自治區、直轄市三個層次的研究報告，進行了需水量預測研究(至2000年)。?
　　中國科學院水問題聯合中心從1992年下半年開始組織完成了“中國水資源開發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利用出發，開始了新一輪需水量預測研究。?
　　據水利部門研究[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。國內眾多專家預測^[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世紀初我國農業用水量穩定在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]，由于人口的繼續增加和生活水平的不斷提高，我國生活需水量預計在2030年將達到(1000～1100)×10⁸m³，2050年將達到(1200～1300)×10⁸m³；工業需水量也會繼續增長，但增長趨勢將有所變緩，預計2050年以后，我國工業需水量有可能出現零增長現象；在未來幾十年中，我國生態環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測情況預測了我國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用水量均將趨于穩定，2090年后全國總用水量趨于10200×10⁸m^3[7]。

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

　　在《中國可持續發展水資源戰略研究》中，水利專家采用人均用水量預測方法和階段趨勢分析法預測了我國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，國民經濟總需水量峰值為8000×10⁸m³，最小可能為7000×10⁸m^3[8]。

3 需水量預測中存在的問題

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

表3 1985年主要國家需水量預測與實際用水量比較 國 家 西班牙 日本 美國 瑞士 預測總需水量(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，其他國家的預測結果都相去甚遠。美國國家水資源委員會在1968年的報告中曾預測2000年、2020年總需水量將在1965年用水量的基礎上分別增長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水資源的可持續利用，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水措施，使預測結果和美國目前的實際用水量十分接近。?
　　我國的需水量預測長期以來一直過于“超前”，預測結果都已經或即將被證明是明顯偏大的。
　　對單項需水量的預測也存在著結果偏大的情況，其中以工業用水需求量的預測最為嚴重。如在建設部“城市缺水問題研究”報告中以1993年為預測基準年，預測2000年全國城市的工業需水量將達到406×10⁸m³，而2000年的實際用水量由1993年的291.5×10⁸m³降至不足260×10⁸m³。又如北京市曾預測1995年—2000年市區工業需水量將以年均6%的速度遞增，而實際上從1989年—1997年北京市區的工業用水量卻減少了12.5%。?
　　對地區需水量的預測結果也大多明顯偏高。如山西省在水利部門“七五”期間預測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年需水量預測與實際用水量比較 項 目 總用水量 農業灌溉 工業用水 城市生活 農村人畜 預測需水量(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測為7096×10⁸m^3[1]，張岳等^[4、6]預測為6375×10⁸m³，1994年《中國21世紀人口、環境與發展白皮書》中預測為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測結果明顯偏高。
　　經分析認為，長期預測結果偏大的原因是：?
　　① 對經濟發展和用水需求的客觀規律沒有認識清楚，誤以為隨著經濟的發展用水量必然不斷增加，實際上隨著科技水平的提高、經濟結構的變化、防治污染以及水價的變化，用水定額會不斷降低。一些發達國家在經濟增長的情況下就出現了用水量零增長甚至負增長。?
　?、?目前各地常用的預測方法(如指數預測法、定額預測法、趨勢法等)具有一定的局限性。由于需水預測涉及社會、經濟、人口、城市化、技術進步、環境等多方面的復雜問題，不確定性因素很多，而現在一些常用預測方法通常只能反映一種平穩的幾何增長過程，所以預測的結果與實際用水量相去甚遠。
　?、?預測模式中參數選擇不當使需水過程難以被準確描述。如工業用水結構復雜多變，若簡單地根據工業總產值預測用水量的長期增長趨勢會造成誤差較大。另外，產值的彈性或不確定性很大，難以反映用水效率和水平。發達國家近20多年來工業用水量為零增長的主要原因是工業產業結構的調整，因而不把握工業結構的演變而只是以工業總產值來預測用水量，必然會使工業用水量長期預測值偏高。?
　?、?預測模式中系數的取值不當也使預測結果偏離實際。需水量預測要切實考慮本地區的現實情況，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的指標。?
　?、?對水資源實際供給能力的約束力考慮不足，脫離了本國、本地區的水資源實際承載能力。無約束的水資源預測違背了預測的基本規律，必然會造成預測值偏大，如某省在規劃中預測的2020年需水量達到了該地區多年平均水資源量的92%，這顯然是不客觀的，也是不可能實現的。

參考文獻：
　　[1]張雅君，劉全勝.需水量預測方法的評析與擇優[J].中國給水排水，2001，17(7)：27-29.
　　[2]水利電力部水利水電規劃設計院.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發展[M].南寧：廣西科學技術出版社，2000.
　　[7]劉善建.水的開發與利用[M].北京：中國水利水電出版社，2000.
　　[8]錢正英，張光斗.中國可持續發展水資源戰略研究報告集[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