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(cè)的常用方法和國(guó)內(nèi)外研究概況，就長(zhǎng)期需水量預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)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(cè)；預(yù)測(cè)方法
　　中圖分類號(hào)：TU991.3
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)10-0027-03

1 水資源需求預(yù)測(cè)方法

　　預(yù)測(cè)方法分為直觀預(yù)測(cè)法、時(shí)間序列預(yù)測(cè)法和模擬模型預(yù)測(cè)法三大類(見表1)。

表1 常用需水量預(yù)測(cè)方法分類 直觀預(yù)測(cè)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(biāo)法 時(shí)間序列預(yù)測(cè)法 約速外推預(yù)測(cè)法 滑動(dòng)平均法 簡(jiǎn)單平均法 簡(jiǎn)單滑動(dòng)平均法 加權(quán)滑動(dòng)平均法 指數(shù)平滑法 趨勢(shì)外推(公式)法 多項(xiàng)式模型指數(shù)模型 季節(jié)變動(dòng)法 　 　 概率預(yù)測(cè)法 馬爾克夫法 一重鏈狀相關(guān)預(yù)測(cè) 模型預(yù)測(cè) 博克斯—詹金斯(B-J)法 自回歸模型 滑動(dòng)平均模型(MA) ARMA模型 模擬模型預(yù)測(cè)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(cè)法 指標(biāo)分析法 系統(tǒng)方法 灰色預(yù)測(cè)方法 灰色關(guān)聯(lián)度分析 灰色數(shù)列預(yù)測(cè) 灰指數(shù)預(yù)測(cè) 灰色拓?fù)漕A(yù)測(cè) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法(ANN)，以BP模型為代表 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法

　　據(jù)預(yù)測(cè)周期的長(zhǎng)短，需水量預(yù)測(cè)可以分為單周期預(yù)測(cè)方法和多周期預(yù)測(cè)方法。一般來說，各種預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)誤差都會(huì)隨著預(yù)測(cè)周期的增多而增大，然而誤差增長(zhǎng)速度和抗隨機(jī)因素的能力有很大差別^[1]。?
　　直觀預(yù)測(cè)法是一種定性預(yù)測(cè)，指依靠人的直觀判斷能力對(duì)未來用水狀況進(jìn)行判斷的方法，也稱直觀判斷法。它在需水量預(yù)測(cè)中(特別在水資源決策中)占有十分重要的地位。
　　時(shí)間序列預(yù)測(cè)法是指對(duì)過去歷年的用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以尋找其隨時(shí)間的變化規(guī)律并預(yù)測(cè)未來用水量的方法。
　　模擬模型預(yù)測(cè)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(shí)間序列分析法、灰色預(yù)測(cè)法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法均屬于單周期預(yù)測(cè)方法，而結(jié)構(gòu)分析法和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法是在分析用水系統(tǒng)、收集多種用水?dāng)?shù)據(jù)后建立起來的，可以得到較多周期的預(yù)測(cè)值，屬于多周期預(yù)測(cè)方法。

2 國(guó)內(nèi)外需水量預(yù)測(cè)

　　許多發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)60年代起就開始重視對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門未來用水量的預(yù)測(cè)。1977年聯(lián)合國(guó)世界水會(huì)議在阿根廷馬德普拉塔(Mar Del Plata)召開，號(hào)召各國(guó)要進(jìn)行一次專門的國(guó)家級(jí)水資源評(píng)價(jià)活動(dòng)。1987年和1992年聯(lián)合國(guó)世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)先后出版了《我們共同的未來》和《21世紀(jì)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(dòng)了需水量預(yù)測(cè)研究的深入進(jìn)行。?
　　20世紀(jì)70年代以來，各國(guó)陸續(xù)開展了中長(zhǎng)期供需水量的預(yù)測(cè)工作。聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織的研究成果認(rèn)為^[2]，從目前工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)來看，2025年工業(yè)用水量要比1995年增加一倍多，即屆時(shí)工業(yè)用水量將達(dá)到1.5×10¹²m³。?
　　1980年前后，在中國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃工作的帶動(dòng)下，開展了水資源調(diào)查評(píng)價(jià)和水資源利用評(píng)價(jià)工作^[3]。吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，把水文評(píng)價(jià)與水的利用和供需展望結(jié)合進(jìn)行，于1986年分別提出了全國(guó)、各流域(片)和各省、自治區(qū)、直轄市三個(gè)層次的研究報(bào)告，進(jìn)行了需水量預(yù)測(cè)研究(至2000年)。?
　　中國(guó)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(guó)水資源開發(fā)利用在國(guó)土整治中的地位與作用”這一重大課題，并參加編制了《中國(guó)21世紀(jì)議程》，從如何解決我國(guó)的水資源持續(xù)利用出發(fā)，開始了新一輪需水量預(yù)測(cè)研究。?
　　據(jù)水利部門研究[4、5]，2030年以前我國(guó)用水量的增長(zhǎng)是不可避免的，2010年與2030年用水總量將分別達(dá)到全國(guó)水資源總量的25%和36%，已接近我國(guó)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(zhǎng)，而是依靠科技進(jìn)步解決水問題。水利部門的一些專家^[4、6]認(rèn)為，到2100年我國(guó)用水量將達(dá)到國(guó)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(zhǎng)狀態(tài)。國(guó)內(nèi)眾多專家預(yù)測(cè)^[3]，中國(guó)未來需水總量在8000×10⁸m³左右，最高達(dá)10000×10⁸m³。?
　　陳家琦認(rèn)為^[5]，21世紀(jì)初我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量穩(wěn)定在5000×10⁸m³，2030年生活用水量將達(dá)到450××10⁸m³，2030年總用水量將接近零增長(zhǎng)。?
　　張?jiān)勒J(rèn)為^[6]，由于人口的繼續(xù)增加和生活水平的不斷提高，我國(guó)生活需水量預(yù)計(jì)在2030年將達(dá)到(1000～1100)×10⁸m³，2050年將達(dá)到(1200～1300)×10⁸m³；工業(yè)需水量也會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)趨勢(shì)將有所變緩，預(yù)計(jì)2050年以后，我國(guó)工業(yè)需水量有可能出現(xiàn)零增長(zhǎng)現(xiàn)象；在未來幾十年中，我國(guó)生態(tài)環(huán)境需水量將會(huì)明顯增加，2030年將達(dá)到(300～400)×10⁸m³，2050年可達(dá)到(600～800)×10⁸m³。
　　劉善建參照國(guó)外對(duì)世紀(jì)水資源利用的預(yù)測(cè)情況預(yù)測(cè)了我國(guó)1990年—2090年百年間的需水量(見表2)，認(rèn)為2050年前后我國(guó)人口和工業(yè)用水量均將趨于穩(wěn)定，2090年后全國(guó)總用水量趨于10200×10⁸m^3[7]。

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

　　在《中國(guó)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(cè)方法和階段趨勢(shì)分析法預(yù)測(cè)了我國(guó)2000年—2050年需水量，認(rèn)為2030年以后東、中、西部地帶將依次進(jìn)入需水總量的“零增長(zhǎng)”期，全國(guó)需水量于2050年達(dá)到峰值，國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(cè)中存在的問題

　　事實(shí)證明，由于預(yù)測(cè)方法的局限性，許多長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的需水量都偏大^[4、8]。表3為1985年世界主要國(guó)家的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際用水量比較。

表3 1985年主要國(guó)家需水量預(yù)測(cè)與實(shí)際用水量比較 國(guó) 家 西班牙 日本 美國(guó) 瑞士 預(yù)測(cè)總需水量(10⁸m³) 329 1174 4550 50 實(shí)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(guó)外，其他國(guó)家的預(yù)測(cè)結(jié)果都相去甚遠(yuǎn)。美國(guó)國(guó)家水資源委員會(huì)在1968年的報(bào)告中曾預(yù)測(cè)2000年、2020年總需水量將在1965年用水量的基礎(chǔ)上分別增長(zhǎng)200%和407%(即分別達(dá)11116×10⁸m³和18900×10⁸m³)，但到了1975年，他們意識(shí)到如此高的用水量將無法實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，于是在第二次評(píng)價(jià)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(cè)結(jié)果和美國(guó)目前的實(shí)際用水量十分接近。?
　　我國(guó)的需水量預(yù)測(cè)長(zhǎng)期以來一直過于“超前”，預(yù)測(cè)結(jié)果都已經(jīng)或即將被證明是明顯偏大的。
　　對(duì)單項(xiàng)需水量的預(yù)測(cè)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(cè)最為嚴(yán)重。如在建設(shè)部“城市缺水問題研究”報(bào)告中以1993年為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)年，預(yù)測(cè)2000年全國(guó)城市的工業(yè)需水量將達(dá)到406×10⁸m³，而2000年的實(shí)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(cè)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(shí)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(duì)地區(qū)需水量的預(yù)測(cè)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(cè)1990 年的需水量為(72～76)×10⁸m³、2000年為(90～100)×10⁸m³，而實(shí)際上1990年的用水量?jī)H為54×10⁸m³，1994年僅為63×10⁸m^3[7]。再如1984年預(yù)測(cè)遼寧省2000年的需水量為229.93×10⁸m³，而2000年的實(shí)際用水量?jī)H為144.79×10⁸m³，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值相去甚遠(yuǎn)(見表4)^[9]。 表4　遼寧省2000年需水量預(yù)測(cè)與實(shí)際用水量比較 項(xiàng) 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(cè)需水量(10⁸m³) 229.93 133.54 73.69 10.70 12.00 實(shí)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(jì)80年代初水利部門對(duì)2000年的全國(guó)需水總量預(yù)測(cè)為7096×10⁸m^3[1]，張?jiān)赖?sup>[4、6]預(yù)測(cè)為6375×10⁸m³，1994年《中國(guó)21世紀(jì)人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書》中預(yù)測(cè)為6000×10⁸m³，而1997年全國(guó)實(shí)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(cè)結(jié)果明顯偏高。
　　經(jīng)分析認(rèn)為，長(zhǎng)期預(yù)測(cè)結(jié)果偏大的原因是：?
　?、?對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和用水需求的客觀規(guī)律沒有認(rèn)識(shí)清楚，誤以為隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展用水量必然不斷增加，實(shí)際上隨著科技水平的提高、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化、防治污染以及水價(jià)的變化，用水定額會(huì)不斷降低。一些發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的情況下就出現(xiàn)了用水量零增長(zhǎng)甚至負(fù)增長(zhǎng)。?
　　② 目前各地常用的預(yù)測(cè)方法(如指數(shù)預(yù)測(cè)法、定額預(yù)測(cè)法、趨勢(shì)法等)具有一定的局限性。由于需水預(yù)測(cè)涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口、城市化、技術(shù)進(jìn)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(cè)方法通常只能反映一種平穩(wěn)的幾何增長(zhǎng)過程，所以預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際用水量相去甚遠(yuǎn)。
　?、?預(yù)測(cè)模式中參數(shù)選擇不當(dāng)使需水過程難以被準(zhǔn)確描述。如工業(yè)用水結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，若簡(jiǎn)單地根據(jù)工業(yè)總產(chǎn)值預(yù)測(cè)用水量的長(zhǎng)期增長(zhǎng)趨勢(shì)會(huì)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(dá)國(guó)家近20多年來工業(yè)用水量為零增長(zhǎng)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(cè)用水量，必然會(huì)使工業(yè)用水量長(zhǎng)期預(yù)測(cè)值偏高。?
　?、?預(yù)測(cè)模式中系數(shù)的取值不當(dāng)也使預(yù)測(cè)結(jié)果偏離實(shí)際。需水量預(yù)測(cè)要切實(shí)考慮本地區(qū)的現(xiàn)實(shí)情況，由于各地用水水平差異很大，不能簡(jiǎn)單地參照國(guó)外或其他地區(qū)的指標(biāo)。?
　　⑤ 對(duì)水資源實(shí)際供給能力的約束力考慮不足，脫離了本國(guó)、本地區(qū)的水資源實(shí)際承載能力。無約束的水資源預(yù)測(cè)違背了預(yù)測(cè)的基本規(guī)律，必然會(huì)造成預(yù)測(cè)值偏大，如某省在規(guī)劃中預(yù)測(cè)的2020年需水量達(dá)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(shí)現(xiàn)的。

參考文獻(xiàn)：
　　[1]張雅君，劉全勝.需水量預(yù)測(cè)方法的評(píng)析與擇優(yōu)[J].中國(guó)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(jì)院.中國(guó)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(guó)水利水電出版社，1995.
　　[4]劉昌明，何希吾.中國(guó)21世紀(jì)水問題方略[M].北京：科學(xué)出版社，1996.
　　[5]陳家琦.中國(guó)水資源問題及21世紀(jì)初期供需展望[J].水問題論壇，1994，(1)：17-19.
　　[6]張?jiān)?中國(guó)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(guó)水利水電出版社，2000.
　　[8]錢正英，張光斗.中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究報(bào)告集[R].北京：中國(guó)水利水電出版社 ，2001.
　　[9]宋達(dá)泉，沈善敏，金和春，等.遼寧國(guó)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