青島市工業(yè)需水量預(yù)測(cè)研究

青島市工業(yè)需水量預(yù)測(cè)研究

0總結(jié)0.1工業(yè)需水量預(yù)測(cè)的意義隨著城市人口的增加和工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)所需的水量越來越大。工業(yè)所需的水流量預(yù)測(cè)是城市供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)營研究的極其重要部分。為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要,充分發(fā)揮企業(yè)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,必須做好工業(yè)需水量的預(yù)測(cè),制定符合工業(yè)發(fā)展要求的供水規(guī)劃。而工業(yè)需水量受工業(yè)產(chǎn)值、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工業(yè)用水重復(fù)利用率、工業(yè)技術(shù)進(jìn)步指數(shù)、工業(yè)用水價(jià)格、政策性節(jié)水率及時(shí)間等因素的制約,其變化較為復(fù)雜,因而要進(jìn)行精確的預(yù)測(cè)比較困難。所以必須根據(jù)工業(yè)的特點(diǎn)選定合適的預(yù)測(cè)方法。0.2工業(yè)需水量預(yù)測(cè)傳統(tǒng)的工業(yè)需水量預(yù)測(cè)方法主要有單位面積指標(biāo)法、萬元產(chǎn)值指標(biāo)法、重復(fù)利用率提高法、比例相關(guān)法、線性回歸法、趨勢(shì)法、彈性系數(shù)法等。這些方法由于計(jì)算比較簡(jiǎn)單,目前在工業(yè)需水量預(yù)測(cè)中應(yīng)用比較廣泛。近年來,由于計(jì)算機(jī)的普遍推廣,有較多比較復(fù)雜的計(jì)算方法也被應(yīng)用到工業(yè)需水量預(yù)測(cè)領(lǐng)域中來,主要有灰色系統(tǒng)理論法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、時(shí)間序列法等。這些方法考慮多因素的影響,預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較高,但計(jì)算參數(shù)調(diào)整復(fù)雜,須借用計(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)。這些預(yù)測(cè)方法根本思路都是按照歷史用水資料,對(duì)影響用水量大的因素進(jìn)行分析,然后進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算或建立模型預(yù)測(cè),得出結(jié)果。本文采用灰色系統(tǒng)理論法對(duì)青島市工業(yè)需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)?；疑A(yù)測(cè)是對(duì)既含有已知信息又含有不確定信息的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè),是對(duì)在一定范圍內(nèi)變化的、與時(shí)間有關(guān)的灰色過程進(jìn)行預(yù)測(cè)。盡管灰色過程中所顯示的現(xiàn)象是隨機(jī)的,但畢竟是有序的,因此這一數(shù)據(jù)集合具有潛在的規(guī)律?；疑A(yù)測(cè)通過鑒別系統(tǒng)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相異程度,即進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,并對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行生成處理來尋找系統(tǒng)變動(dòng)的規(guī)律,生成有較強(qiáng)規(guī)律性的數(shù)據(jù)序列,然后建立相應(yīng)的微分方程模型,從而預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)的狀況。1建立殘差序列灰色模型GM(1,1)模型是最常用的一種灰色模型,它是由一個(gè)只包含單變量的一階微分方程構(gòu)成的模型,建立GM(1,1)模型的步驟如下:①級(jí)比檢驗(yàn)(建?？尚行詸z驗(yàn))通過級(jí)比檢驗(yàn),檢驗(yàn)原始數(shù)據(jù)是否跳躍過大,如果跳躍過大,則對(duì)原始數(shù)據(jù)作方根變換處理(即利用原始數(shù)據(jù)的平方根作為建模的基本數(shù)據(jù)),變換之后作級(jí)比檢驗(yàn)是否合格。②對(duì)變換后的數(shù)據(jù)作累加設(shè)變換后數(shù)據(jù)序列{X(0)(n)}={X(0)(1),X(0)(2),X(0)(3),…,X(0)(n)}令:X(1)(k)=k∑m=1X(0)(m)X(1)(k)=∑m=1kX(0)(m)(1)得到一列新的數(shù)據(jù)系列:{X(1)(n)}={X(1)(1),X(1)(2),X(1)(3),…,X(1)(n)}③構(gòu)造矩陣B及數(shù)據(jù)向量YNB=[-1/2[X(1)(2)+X(1)(1)]1-1/2[X(1)(3)+X(1)(2)]1??-1/2[X(1)(n)+X(1)(n-1)]1]YΝ={X(0)(2),X(0)(3),X(0)(4),?,X(0)(20)}ΤB=????????1/2[X(1)(2)+X(1)(1)]?1/2[X(1)(3)+X(1)(2)]??1/2[X(1)(n)+X(1)(n?1)]11?1???????YN={X(0)(2),X(0)(3),X(0)(4),?,X(0)(20)}T④計(jì)算參數(shù)向量ββ=|ab|=(BΤB)-1BΤYΝ(2)⑤列出相應(yīng)的微分方程dX(1)dt+aX(1)=b(3)微分方程(3)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)為(白化模型):?X(1)(t+1)=[X(0)(1)-ba]e-at+ba(4)⑥建立灰色預(yù)測(cè)模型根據(jù)公式(4)和步驟②得出:?X(0)(t+1)=?X(1)(t+1)-?X(1)(t)(5)⑦回代檢驗(yàn)及殘差分析原始數(shù)據(jù)的還原值與其實(shí)際觀測(cè)值之間的殘差值ε(0)(t)和相對(duì)誤差值q(t)的計(jì)算公式如下:ε(0)(t)=X(0)(t)-?X(0)(t-1)(6)q(t)=ε(0)(t)/X(0)(t)×100%(7)如果回代檢驗(yàn)表明相對(duì)誤差較大,那么為了提高模型的精度,還要進(jìn)行殘差分析,利用殘差(ε(0)(t))數(shù)列建立殘差序列灰色模型?ε(0)(t+1)。將殘差模型并入灰色預(yù)測(cè)模型,即獲得經(jīng)過殘差校正的灰色預(yù)測(cè)模型。2工業(yè)需要水預(yù)測(cè)2.1gm1,1模型預(yù)測(cè)結(jié)果以青島市1981~2000年的工業(yè)總產(chǎn)值數(shù)據(jù)(見表1,按2000年不變價(jià))為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),按以上步驟建立模型:?X(0)(t+1)=1588.88e0.054924t(8)經(jīng)回代檢驗(yàn)(具體見表2),平均相對(duì)誤差為5.30%,模型計(jì)算值誤差稍大。利用殘差(ε(0)(t))數(shù)列建立了殘差灰色序列模型:?ε(0)(t+1)=-85.312849e0.054006t(9)將殘差模型并入預(yù)測(cè)模型,即獲得經(jīng)過殘差校正的預(yù)測(cè)模型:?X(0)(t+1)=1588.88e0.054924t-85.312849e0.054006t(10)分析表明,經(jīng)過殘差校正后的預(yù)測(cè)模型的平均相對(duì)誤差為2.43%,預(yù)測(cè)精度有所提高,結(jié)果見表3。經(jīng)過計(jì)算得到GM(1,1)模型預(yù)測(cè)結(jié)果,然后再對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果平方還原得到青島市2010、2020和2030年工業(yè)總產(chǎn)值分別為:548.3億元、16463.6億元和49433.7億元。此預(yù)測(cè)結(jié)果比較符合青島市現(xiàn)在實(shí)際發(fā)展情況,因此作者認(rèn)為預(yù)測(cè)結(jié)果是合理的。2.2水量和凈水量工業(yè)用水定額用單位工業(yè)取水量表示。單位工業(yè)產(chǎn)值取水量既是年工業(yè)取用新鮮水量與當(dāng)年工業(yè)總產(chǎn)值之比?，F(xiàn)狀年2000年工業(yè)萬元產(chǎn)值取水量為148.4m3/萬元,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全國水平80m3/萬元。根據(jù)青島市未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力、工業(yè)節(jié)水能力、參考青島市供水總公司提供的資料中的預(yù)測(cè)結(jié)果和青島市歷年萬元工業(yè)產(chǎn)值取水量變化趨勢(shì),綜合考慮,確定出不同水平年的工業(yè)綜合萬元產(chǎn)值取水量為:2010年為100m3/萬元,2020年為80m3/萬元,2030年70m3/萬元。2.3工業(yè)取水量q采用定額法對(duì)工業(yè)需水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。計(jì)算公式為:Wt=Gtqt(11)其中Wt為預(yù)測(cè)t水平年的工業(yè)取水量,Gt為預(yù)測(cè)t水平年工業(yè)總產(chǎn)值,qt為t水平年的工業(yè)取水定額(萬元產(chǎn)值取水量)。計(jì)算得出2010年、2020年、2030年的工業(yè)需水量分別為5.48×109m3、1.317×1010m