水资源需求预测及存在的主要问题探讨

傅金祥, 马兴冠
(沈阳建筑工程学院市政与环境工程系，辽宁沈阳 110015)

　　摘　要：综述了水资源需求预测的常用方法和国内外研究概况，就长期需水量预测结果与实际情况误差较大的问题作了深入的分析与探讨。
　　关键词：水资源；需水量预测；预测方法
　　中图分类号：TU991.3
　　文献标识码：B
　　文章编号：1000-4602(2002)10-0027-03

1 水资源需求预测方法

　　预测方法分为直观预测法、时间序列预测法和模拟模型预测法三大类(见表1)。

表1 常用需水量预测方法分类 直观预测法 头脑风暴法 特尔斐法 主观概率法 关联树法 先行指标法 时间序列预测法 约速外推预测法 滑动平均法 简单平均法 简单滑动平均法 加权滑动平均法 指数平滑法 趋势外推(公式)法 多项式模型指数模型 季节变动法 　 　 概率预测法 马尔克夫法 一重链状相关预测 模型预测 博克斯—詹金斯(B-J)法 自回归模型 滑动平均模型(MA) ARMA模型 模拟模型预测法 结构分析法 回归分析 一元线性回归分析 多元线性回归分析 非线性回归分析 工业用水弹性系数预测法 指标分析法 系统方法 灰色预测方法 灰色关联度分析 灰色数列预测 灰指数预测 灰色拓扑预测 人工神经网络方法(ANN)，以BP模型为代表 系统动力学方法

　　据预测周期的长短，需水量预测可以分为单周期预测方法和多周期预测方法。一般来说，各种预测方法的预测误差都会随着预测周期的增多而增大，然而误差增长速度和抗随机因素的能力有很大差别^[1]。?
　　直观预测法是一种定性预测，指依靠人的直观判断能力对未来用水状况进行判断的方法，也称直观判断法。它在需水量预测中(特别在水资源决策中)占有十分重要的地位。
　　时间序列预测法是指对过去历年的用水数据进行统计分析以寻找其随时间的变化规律并预测未来用水量的方法。
　　模拟模型预测法是指根据“同态性原理”建立需水模型，确定需水模型的各种边界条件，从而确定未来用水量与现用水量之间的关系。?
　　时间序列分析法、灰色预测法及人工神经网络法均属于单周期预测方法，而结构分析法和系统动力学方法是在分析用水系统、收集多种用水数据后建立起来的，可以得到较多周期的预测值，属于多周期预测方法。

2 国内外需水量预测

　　许多发达国家从20世纪60年代起就开始重视对国民经济各部门未来用水量的预测。1977年联合国世界水会议在阿根廷马德普拉塔(Mar Del Plata)召开，号召各国要进行一次专门的国家级水资源评价活动。1987年和1992年联合国世界环境与发展委员会先后出版了《我们共同的未来》和《21世纪议程》，它们使水资源研究开始围绕着面向未来的可持续发展这一中心问题蓬勃展开，从而推动了需水量预测研究的深入进行。?
　　20世纪70年代以来，各国陆续开展了中长期供需水量的预测工作。联合国工业发展组织的研究成果认为^[2]，从目前工业发展的趋势来看，2025年工业用水量要比1995年增加一倍多，即届时工业用水量将达到1.5×10¹²m³。?
　　1980年前后，在中国农业区划工作的带动下，开展了水资源调查评价和水资源利用评价工作^[3]。吸收国外经验，把水文评价与水的利用和供需展望结合进行，于1986年分别提出了全国、各流域(片)和各省、自治区、直辖市三个层次的研究报告，进行了需水量预测研究(至2000年)。?
　　中国科学院水问题联合中心从1992年下半年开始组织完成了“中国水资源开发利用在国土整治中的地位与作用”这一重大课题，并参加编制了《中国21世纪议程》，从如何解决我国的水资源持续利用出发，开始了新一轮需水量预测研究。?
　　据水利部门研究[4、5]，2030年以前我国用水量的增长是不可避免的，2010年与2030年用水总量将分别达到全国水资源总量的25%和36%，已接近我国水资源开发利用的极限(35%～40%)。希望2030年以后用水量不再增长，而是依靠科技进步解决水问题。水利部门的一些专家^[4、6]认为，到2100年我国用水量将达到国内水资源可利用量的极限，即称谓受水资源条件制约的零增长状态。国内众多专家预测^[3]，中国未来需水总量在8000×10⁸m³左右，最高达10000×10⁸m³。?
　　陈家琦认为^[5]，21世纪初我国农业用水量稳定在5000×10⁸m³，2030年生活用水量将达到450××10⁸m³，2030年总用水量将接近零增长。?
　　张岳认为^[6]，由于人口的继续增加和生活水平的不断提高，我国生活需水量预计在2030年将达到(1000～1100)×10⁸m³，2050年将达到(1200～1300)×10⁸m³；工业需水量也会继续增长，但增长趋势将有所变缓，预计2050年以后，我国工业需水量有可能出现零增长现象；在未来几十年中，我国生态环境需水量将会明显增加，2030年将达到(300～400)×10⁸m³，2050年可达到(600～800)×10⁸m³。
　　刘善建参照国外对世纪水资源利用的预测情况预测了我国1990年—2090年百年间的需水量(见表2)，认为2050年前后我国人口和工业用水量均将趋于稳定，2090年后全国总用水量趋于10200×10⁸m^3[7]。

表2　1990年—2090年总需水量预测 年份 1990 2000 2010 2030 2050 2090 预测总需水量(10⁸m³) 5050 6000 6900 8500 9600 10200 浮动范围(%) ±1.0 ±1.0 ±2.0 ±3.5 ±4.0 ±5.0

　　在《中国可持续发展水资源战略研究》中，水利专家采用人均用水量预测方法和阶段趋势分析法预测了我国2000年—2050年需水量，认为2030年以后东、中、西部地带将依次进入需水总量的“零增长”期，全国需水量于2050年达到峰值，国民经济总需水量峰值为8000×10⁸m³，最小可能为7000×10⁸m^3[8]。

3 需水量预测中存在的问题

　　事实证明，由于预测方法的局限性，许多长期预测的需水量都偏大^[4、8]。表3为1985年世界主要国家的预测结果与实际用水量比较。

表3 1985年主要国家需水量预测与实际用水量比较 国 家 西班牙 日本 美国 瑞士 预测总需水量(10⁸m³) 329 1174 4550 50 实际用水量(10⁸m³) 263 892 4670 32 偏差率(%) 20 24 -2.5 56

　　从表3可以看出，除美国外，其他国家的预测结果都相去甚远。美国国家水资源委员会在1968年的报告中曾预测2000年、2020年总需水量将在1965年用水量的基础上分别增长200%和407%(即分别达11116×10⁸m³和18900×10⁸m³)，但到了1975年，他们意识到如此高的用水量将无法实现水资源的可持续利用，于是在第二次评价中综合考虑了水污染、水资源量等多种因素及节水措施，使预测结果和美国目前的实际用水量十分接近。?
　　我国的需水量预测长期以来一直过于“超前”，预测结果都已经或即将被证明是明显偏大的。
　　对单项需水量的预测也存在着结果偏大的情况，其中以工业用水需求量的预测最为严重。如在建设部“城市缺水问题研究”报告中以1993年为预测基准年，预测2000年全国城市的工业需水量将达到406×10⁸m³，而2000年的实际用水量由1993年的291.5×10⁸m³降至不足260×10⁸m³。又如北京市曾预测1995年—2000年市区工业需水量将以年均6%的速度递增，而实际上从1989年—1997年北京市区的工业用水量却减少了12.5%。?
　　对地区需水量的预测结果也大多明显偏高。如山西省在水利部门“七五”期间预测1990 年的需水量为(72～76)×10⁸m³、2000年为(90～100)×10⁸m³，而实际上1990年的用水量仅为54×10⁸m³，1994年仅为63×10⁸m^3[7]。再如1984年预测辽宁省2000年的需水量为229.93×10⁸m³，而2000年的实际用水量仅为144.79×10⁸m³，预测值与实际值相去甚远(见表4)^[9]。 表4　辽宁省2000年需水量预测与实际用水量比较 项 目 总用水量 农业灌溉 工业用水 城市生活 农村人畜 预测需水量(10⁸m³) 229.93 133.54 73.69 10.70 12.00 实际用水量(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世纪80年代初水利部门对2000年的全国需水总量预测为7096×10⁸m^3[1]，张岳等^[4、6]预测为6375×10⁸m³，1994年《中国21世纪人口、环境与发展白皮书》中预测为6000×10⁸m³，而1997年全国实际用水量为5566×10⁸m³,1999年仅为5591×10⁸m³，表明前面各位专家的预测结果明显偏高。
　　经分析认为，长期预测结果偏大的原因是：?
　　① 对经济发展和用水需求的客观规律没有认识清楚，误以为随着经济的发展用水量必然不断增加，实际上随着科技水平的提高、经济结构的变化、防治污染以及水价的变化，用水定额会不断降低。一些发达国家在经济增长的情况下就出现了用水量零增长甚至负增长。?
　　② 目前各地常用的预测方法(如指数预测法、定额预测法、趋势法等)具有一定的局限性。由于需水预测涉及社会、经济、人口、城市化、技术进步、环境等多方面的复杂问题，不确定性因素很多，而现在一些常用预测方法通常只能反映一种平稳的几何增长过程，所以预测的结果与实际用水量相去甚远。
　　③ 预测模式中参数选择不当使需水过程难以被准确描述。如工业用水结构复杂多变，若简单地根据工业总产值预测用水量的长期增长趋势会造成误差较大。另外，产值的弹性或不确定性很大，难以反映用水效率和水平。发达国家近20多年来工业用水量为零增长的主要原因是工业产业结构的调整，因而不把握工业结构的演变而只是以工业总产值来预测用水量，必然会使工业用水量长期预测值偏高。?
　　④ 预测模式中系数的取值不当也使预测结果偏离实际。需水量预测要切实考虑本地区的现实情况，由于各地用水水平差异很大，不能简单地参照国外或其他地区的指标。?
　　⑤ 对水资源实际供给能力的约束力考虑不足，脱离了本国、本地区的水资源实际承载能力。无约束的水资源预测违背了预测的基本规律，必然会造成预测值偏大，如某省在规划中预测的2020年需水量达到了该地区多年平均水资源量的92%，这显然是不客观的，也是不可能实现的。

参考文献：
　　[1]张雅君，刘全胜.需水量预测方法的评析与择优[J].中国给水排水，2001，17(7)：27-29.
　　[2]水利电力部水利水电规划设计院.中国水资源利用[M].北京：水利电力出版社，1989.
　　[3]陈家琦，王浩.水资源学概论[M].北京：中国水利水电出版社，1995.
　　[4]刘昌明，何希吾.中国21世纪水问题方略[M].北京：科学出版社，1996.
　　[5]陈家琦.中国水资源问题及21世纪初期供需展望[J].水问题论坛，1994，(1)：17-19.
　　[6]张岳.中国水资源与可持续发展[M].南宁：广西科学技术出版社，2000.
　　[7]刘善建.水的开发与利用[M].北京：中国水利水电出版社，2000.
　　[8]钱正英，张光斗.中国可持续发展水资源战略研究报告集[R].北京：中国水利水电出版社 ，2001.
　　[9]宋达泉，沈善敏，金和春，等.辽宁国土资源[M].沈阳：辽宁人民出版社，1987.

　　电　　话：(024)24510619 23844591
　　收稿日期：2002-04-27