2城镇需水量的阈值分析
2.1 需水量阈值确定的基本原则
2.1.1 “总量控制,定额调控”的原则 面对石羊河流域城镇水资源紧缺、供需矛盾日益突出的实际情况,严格遵循宏观上总量控制、微观上定额调控的原则,坚持尽量不增加可用水资源量、不超采地下水的总量控制原则,坚持调低灌溉需水定额、调低工业需水定额、调稳生活需水定额的定额调控原则。
2.1.2 “节水为主”的原则 始终把节约用水摆在第一位,工业需水充分考虑改进生产工艺,降低耗水定额,提高水资源重复利用率等;生活需水考虑生活水平的提高,特别是城市化率提高
的影响;农业灌溉需水依靠节水灌溉和提高用水效率[11]。
2.1.3 “退一进二、禁高扩低”的原则 为了确保在可利用水资源量不变的前提下提高单方水产值,需要调整需水结构,降低农田灌溉等第一产业需水量,提高工业等第二产业需水量,严格禁止发展高耗水作物、高耗水工业和高耗水动物,提倡发展耐旱农
作物,低耗水工业项目和小牲畜等。通过调整需水结构,调整农业种植结构,提高水分生产率。
2.1.4 “生态环境需水优先,生产生活需水主导”的原则 在进行需水量预测时,一定要考虑走廊生态环境建设所必需的生态环境需水量,并坚持优先确保生态需水的前提下,合理分配生产与生活需水量。
2.2 需水量计算的阈值模型
预测石羊河流域城镇需水量阈值的主要参数是各城市国民经济各部门需水量历年平均递增速度,需水结构,用水定额等。根据这些参数,以2010年为基年，求出未来20a(2011～2030年)各城市各行业需水结构转换系数,进而根据可容许的转换系数求出未来20a 分阶段可容许的需水结构。以石羊河典型城镇武威、金昌两市为例，根据可容许的需水结构求出在水资源可利用量不变的条件下,城市各行业的需水量。计算的数学公式为:
121m
zt izt zt zt kt
i Q Q Q Q Q ===+ ? （1）
12011111
Q Q Q B Q A B Q m m n m
n kt ikt kt kt tij tij tij ij tij i i j i j Q =======+=
=邋邋 （2）
式中,Q Zt 、代表第t 年该流域水资源总量阈值；
Q Kt 代表第t 年该流域可利用水资源总量阈值；
Q iZt 、代表第t 年第i 城市水资源总量阈值；
Q iKt 代表第t 年第i 城市可利用水资源总量阈值；
Q tij 代表第t 年第i 城市第j 个行业可利用水资源总量阈值；
A tij 代表第t 年(时段)第i 城市第j 个行业(对象)需水结构转换系数。其值定义为第i 城市第j 个行业(对象)过去若干年用水比例历年平均的增长速率;
B 0ij 、代表基年(2010年)第i 城市第j 个行业需水结构系数,即需水结构比例 B tij 代表第t 年第i 城市第j 个行业需水结构系数；
i=1,2分别代表武威市、金昌市;
=1,2,3,4,5,6,7,分别代表灌溉需水、林业需水、草场需水、牲畜需水、工业需水、城镇生活需水和农村生活需水。
[47]海热提.余尔逊等.城市可持续发展的综合评价[J].中国人口、资源与环境，199.72:46-50 [49]张同泽.缓解武威缺水局面的几点对策[J].甘肃水利水电技术，2005，2:39一46
用水量预测方法综述 摘要：本文阐述了研究用水量预测方法的目的和意义，简要的介绍了六种目前常用的预测方法，并指出了每种方法的优缺点, 最后对不同情况水量预测方法的择优进行了分析和探讨。 关键词: 用水量预测人工神经网络预测方法择优 一、引言 水是人类赖以生存的基础，没有水，就没有生命。 随着经济建设的发展、产业和人口的增加，我国城市、工业、农业各方面用水量都在迅速增长，缺水城市和地区的范围日益扩大。全国640个城市中有333个城市缺水，其中严重缺水的有108个[1]。同时，水污染是我国面临的又一严峻的问题。缺水、水污染己经对我国的经济建设构成了严重的威胁[2]。因此，水资源规划和供水系统的优化调度变得越来越重要，作为供水管理前提和基础的用水量预测方法的研究也得到了快速的发展。 二、研究用水量预测方法的目的和意义 水量预测工作是水资源管理中掌握未来发展趋势的关键。而合理预测城镇规划期限内的用水量，使其与城镇发展实际相接近，对城镇今后的建设和发展具有极其重要的意义。通过预测未来的用水量，一方面，我们可以大致估计城市和农村的缺水量，着手寻找解决方案，减少经济损失。另一方面，用水量预测是水资源管理规划的重要内容。我国水资源开发利用分好几个部门，如不做好预测工作，就难以制定中长期水资源开发利用的总体规划和供水规划，就会影响国民经济计划的实现。所以预测用水量，无论在经济效益上还是宏观调控上都有重要意义。 三、用水量预测分类以及相应预测方法 用水量的预测方法按用水部门性质可分为生活用水预测、工业用水预测、农业灌溉用水预测、渔业用水预测等几方面。生活用水量的预测方法有综合分析定额法、趋势法和分类分析权重估算法，在预测时，可根据实际情况选用一种为主，其他亏法进行检验、校核。趋势预测法、分块预测法、相关法、分行业重复利用率提高法等是较为常见的工业需水量预测方法. 四、几种常用的用水量预测方法[3] a)自回归移动平均模型ARMA法 ARMA模型是自回归模型和移动平均模型的综合，它通过对相应数学模型的分析研究，能更本质地认识动态数据的内在结构和复杂特性。ARMA模型将预测对象时间序列加工成一个白噪声序列进行处理，所以它可对任何一个用水过程进行模拟，且预测速度快，能得到较高的预测精度。然而，ARMA模型具有预测周期短、所用数据单一的缺点，只能给出下一周期用水量的预测值，且无法剖析形成这一预测值的原因及合理的
城市给水工程系统规划的用水量预测摘要: 城市建设首先是各类工程的建设,而规划在城建中占有举足轻重的地位。一个城市的基础设施的位置、分类、功能、本套程度、能力大小等直接关系到城市的生活水平的提高,因此,城市规划对城市的作用是不言而喻的。城市工程系统指 的就是城市基础设施的综合体系,它由交通、通信、供热〔气〕、给排水、环卫、 全等工程体系构成,它们的规划就是城市工程系统规划,而给水工程系统规划则中的重要组成部分。 关键词:给水工程; 一、概述 城市给水工程系统由取水工程、净水工程、输配水工程、水资源保护工程等组成,其规划的主要任务和内容是:进行城市水源规划和水资源利用平衡工作;确 定城市给水设施的规模和容量;科学布局给水设施和各级给水管网系统,满足用 户要求;制定水资源保护措施和设施分布及规模。给水工作系统与排水工程系统 被称为城市生命保障体系,因此,做好它的规划有着极其重要的现实意义和社会意义。 二、预测方法 预测方法主要分定额指标法和函数法二大类。它们的侧重点是不相同的,定额法侧重于定性,函数法侧重于数学分析,要做好预测要用二者互相验算、互 相修正和互相补充,才能使预测所得结果最大限度地符合要求,满足规划的需要。 1.定额指标法 所谓定额指的是单位用水量,是国家相关部门根据不同条件下用水量
调查统计结果,考虑各种因素发布的规范指标,具有一定的科学性、规范性、权威性,这是规划工作者必须严格执行和认真实施的,对规划工作具有很好的指导作用和约束作用。用水量预测主要定额指标有:单位人口综合用水量指标(万m3/万人·d)、单位建设用地综合用水量指标(万m3/km2·d)、居住用地用水量指标(m3/ha·d)、综合生活用水量定额(L/人·d)、其他用地用水量指标 (m3/ha·d)、工业用水重复利用率(%)。一般在预测时根据城市规模大小、工业规模取不同值乘上相应的规划人口预测数或工业产值即可得到预测用水量。此类方法简单明了、通俗易懂、计算快捷方便、数值有一定的准确性,但如果城市发展变化大则易失准。比如海南海口市在20世纪90年代中期曾发生过供水严重不足的情况,居民生活用水连五楼都短缺,这即是规划跟不上变化的结果,用水量预测占了很大的因素。 2.函数法 函数法就是将与用水量有关的各种要素作为自变量,以对应关系建立与用水量Q有关的关系式,在一定的条件下通过数学计算求得Q值。主要有:线性回归法、产函数法、年递增率法、生长曲线法等。 ( (3)年递增率法 根据历年供水能力的增加(增值是非均匀的),考虑经济发展速度和人口增加因素,确定一个合理的年平均增长率用复利公式预测城市规划期用水量,根据有关资料,我国城市用水年增长速率在4%～ 6%之间,规划人员应根据城市发展规模和经济、人口的变化趋势确定年增长率的取舍,保证预测的准确性,另外此预测方法时限不宜过长。 (4)生长曲线法 城市用水量的变化根据我国各典型城市的数字来看,呈S型曲线,则据
水资源分析 【摘要】：根据我国国民经济实际用水状况,简要分析了水资源需求的驱动因素,建立了水资源需求驱动因素综合分析模型,并根据模型进行了实例计算和分析。结果表明:(1)全国总用水增加了1 220亿m3,其中工业和生活用水增长是国民经济用水增长的直接原因;(2)全国而言,排在前四位的正向驱动因素分别是工业增加值、农田灌溉面积、人口以及林牧渔需(补)水面积。负向驱动因素分别是农田灌溉定额的下降,其次是工业用水定额的下降;(3)对生活用水而言,北方省份人口增长对生活需水增长的贡献较突出,南方省份则是生活用水定额的提高对生活需水增长的贡献较突出;(4)对工业用水而言,工业规模的扩大 【关键词】：水资源需求;驱动因素;分析模型 社会经济发展是影响水资源供需的主要因素。社会经济发展包括人口增长与城市化进程，产业结构变化与工业总产值增加，农业发展与灌溉面积增长以及人民生活水平提高等方面。显然在发展进程中这些因素既受到不确定因素的影响，但也有其发展的规律性可循。在各个因素之间，还同时存在着深刻的内在联系。为了反映各类指标的确定性趋势和不确定性影响，应采用情景分析的方法，进行区域社会经济发展态势预测。 到“十一五”时期，中国人口将增加至14亿左右，经济上，按人均计算要达到当时中等发达国家的水平，粮食生产要保证基本自给；为解决农村富裕劳动力就业并节约土地，以及为改善农村的能源交通教育医疗等条件，城镇化率将有较大幅度提高。因此对水资源的需求在总量上和区域集中程度上均相应地有大幅度提高。 需水分析 1、工业需求 影响工业需水的因素主要有工业产品的结构与规模、工业总产值、生产工艺、生产设备及技术水平、节水技术等。工业用水重复率的确定方法较多，现用数学模型与分析比较相结合的方法进行确定。这种方法是根据流域历年统计资料，建立数学模型进行预测。其预测结果经分析比较确定。从国内外工业用水重复率统计资料来看，其增长过程一般符合生长曲线模型，可用庞伯兹公式来预测。其数学公式为：R（i）=Rmax ×exp[-b×exp（-kT）]，其中R（i）为预测年工业用水重复率，Rmax为工业用水重复率上限值，T 为时间，b，k是模型参数。由各流域工业发展情况、工业用水变化情况及重复用水率变化趋势拟合外延，可以估计得各流域的工业重复用水率的上限值表1.8，再由庞伯兹公式可以得到预测年的工业重复用水率，见表1.9。工业总产值预测直接采用《中国水资源现状评价和供需发展趋势分析》预测成果。再由技术进步系数（见表1.10），万元工业产值用水量降低及工业用水重复率提高法公式可以得到预测年万元用水定额，预测工业用水量。 表1.8 各流域工业重复用水率 表1.9 各流域历年工业重复用水率（R为工业用水重复率）
按照《东海发展协调区总体规划》中人口预测，均安镇2010年为总人口为15.2万人，2020年为总人口21万人。 用水量预测一般为人均综合用水指标法、人均分类用水预测法、单位建设用地面积法、人均分类用水指标法、相关比例法及递增率法等。相关比例法及递增率法需要大量的历史数据及相关数据，在本规划中不适用。本规划采用人均综合用水指标法、人均分类用水量预测法及单位建设用地面积法对规划区未来的用水作预测，以人均综合用水指标法为主，人均分类用水量预测法及单位建设用地面积法对其校核验证。 3.6.1人均综合用水指标法 2005年均安镇最高日供水量为7.8万m3/d，城市人口为13.5万，可以计算出2005年均安镇区单位人口综合用水指标为578L/人·d。 从均安镇历年售水量统计数据可以看出，水量的增长与全国的经济发展形势关系密切，近三年的供水量平均增长率为约5.12%。随着城市发展总体目标的确定和城市建设快速扩展，以及我国成功申办奥运、顺利加入世贸组织，我国经济发展充满了机遇，均安镇的经济也同样面临新一轮的高速发展，因此可以预见均安镇的用水量又将迎来一轮新的快速增长期。 另一方面，根据统计资料表明，我国广州，上海、南京、杭州等特大型城市的实际单位人口综合用水指标在500～900L/人·d左右，以此作为参考，结合均安镇现实用水指标的具体情况，确定均安镇2010年和2020年的单位人口综合用水指标分别为650L/人·d、800L/人·d，由此可以计算出： 2010年最高日用水量：
650 L/人·d ×15.2万人＝10.0万m3/d 2020年最高日用水量： 800 L/人·d ×21万人＝16.8万m3/d 3.6.2单位建设用地指标法 《城市给水工程规划规范》(GB50282-98)提出的城市单位建设用地综合用水量指标为：一区大城市：0.8～1.4万m3/(km2?d)；一区中等城市：0.6～1.0万m3/(km2?d) ，一区小城市：0.4～0.8万m3/(km2?d)。 参照邻近城市广州、深圳等其它城市情况及发展经验，对顺德区的发展状况适当留有余地。确定顺德区不同年份的单位建设用地综合用水量指标见下表 单位建设用地综合用水量指标单位：万m3/(km2?d) 注：本表中预测需水量为最高日需水量，且已包括了管网漏损水量。 3.6.3人均分类用水指标法 人均分类用水指标法以规划区域人均分类用水指标和人口为依据计算用水量，是目前供水和排水规划预测水量常用的方法之一。 参考广州市市政设计研究院编制的《顺德城乡给水系统规划方案说明书》提出的人均分类用水指标，在全市范围套用广东省城市用
课程名称: 时间序列分析 题目: 降水量预测 院系：理学院 专业班级：数学与应用数学10-1 学号： 87 学生姓名：戴永红 指导教师：＿＿潘洁＿ 2013年 12 月 13日1.问题提出
能不能通过以前的降水序列为样本预测出2002的降水量 2.选题 以国家黄河水利委员会建站的山西省河曲水文站1952年至2002年51年的资料为例，以1952年至2001年50年的降水序列作为样本，建立线性时间序列模型并预测2002年的降水状态与降水量，并与2002年的实际数据比较说明本模型的具体应用及预测效果。资料数据见表1。 表1 山西省河曲水文站55年降水量时间序列 3．原理
模型表示 均值为0，具有有理谱密度的平稳时间序列的线性随机模型的三种形式，描述如下： 1、()AR p 自回归模型：1122t t t p t p t ωφωφωφωα-------=由2p +个参数刻画； 2、()MA q 滑动平均模型：1122t t t t q t q ωαθαθαθα---=----由2q +个参数刻画； 3、(,)ARMA p q 混和模型： 11221122t t t p t p t t t q t q ωφωφωφωαθαθαθα--------- -=--- - (,)ARMA p q 混和模型由3p q ++个参数刻画； 自相关函数k ρ和偏相关函数kk φ 1、自相关函数k ρ刻画了任意两个时刻之间的关系，0/k k ργγ= 2、偏相关函数kk φ刻画了平稳序列任意一个长1k +的片段在中间值11,t t k ωω++-固定的条件下，两端t ω，t k ω+的线性联系密切程度。 3、线性模型k ρ、kk φ的性质 表2 三种线性模型下相关函数性质 模型识别 通常平稳时间序列t Z ，0,1t =±仅进行有限n 次测量(50)n ≥，得
时间序列分析降水量预 测模型 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
课程名称: 时间序列分析 题目: 降水量预测 院系：理学院 专业班级：数学与应用数学10-1 学号： 学生姓名：戴永红 指导教师：＿＿潘洁＿ 2013年 12 月 13日 1.问题提出 能不能通过以前的降水序列为样本预测出2002的降水量？ 2.选题 以国家黄河水利委员会建站的山西省河曲水文站1952年至2002年51年的资料为例，以1952年至2001年50年的降水序列作为样本，建立线性时间序列模型并预测2002年的降水状态与降水量，并与2002年的实际数据比较说明本模型的具体应用及预测效果。资料数据见表1。 表1 山西省河曲水文站55年降水量时间序列
3．原理 模型表示 均值为0，具有有理谱密度的平稳时间序列的线性随机模型的三种形式，描述如下：
1、()AR p 自回归模型：1122t t t p t p t ωφωφωφωα-------=由2p +个参数刻画； 2、()MA q 滑动平均模型：1122t t t t q t q ωαθαθαθα---=----由2q +个参数刻画； 3、(,)ARMA p q 混和模型： (,)ARMA p q 混和模型由3p q ++个参数刻画； 自相关函数k ρ和偏相关函数kk φ 1、自相关函数k ρ刻画了任意两个时刻之间的关系，0/k k ργγ= 2、偏相关函数kk φ刻画了平稳序列任意一个长1k +的片段在中间值11,t t k ωω++-固定的条件下，两端t ω，t k ω+的线性联系密切程度。 3、线性模型k ρ、kk φ的性质 表2 三种线性模型下相关函数性质 模型识别 通常平稳时间序列t Z ，0,1t =±仅进行有限n 次测量(50)n ≥，得到 一个样本函数，且利用平稳序列各态历经性：1 1n j j Z Z n μ=≈=∑做变换， t t Z ω=，1,t n =，将1,,n Z Z 样本换算成为样本1,,n ωω，然后再确定平 稳时间序列{,0,1}t t ω=±的随机线性模型。 3.3.1 样本自相关函数 平稳序列21012 ,,,,,ωωωωω--， ()0t E ω=，对于样本，定义自协方 差函数：
城市供水量预测模型 摘要水是生命之源，地球上水的总量虽然巨大，但能够被人类利用的淡水资源却极其匮乏，而且分布极不平衡。淡水资源的短缺给人们的生产生活带来了诸多不变，因此我们应该珍惜水资源，对水资源要合理且可持续的利用。 本文以两个自来水厂2001—2007年间每天的供水量为依据，运用灰色系统理论、模糊线性回归、二元线性回归、组合预测等数学方法对所给问题建立模型并对结果进行了分析。 关键词：灰色系统理论模糊线性回归组合预测 matlab 问题分析 该问题是根据日供水量记录估计未来一时间段的用水量，只有一些数据内部机理不明确属于灰色系统问题。我们需要在一定的假设下，对已知数据统计分析，并运用一些方法完成对未来一时间段用水量的预测。 1)对问题（1）的分析：为预测2008年上半年日用水量，我们考虑到温度 与用水量的正相关性，需先对温度进行预测。由于我们只需预测出2008 年上半年的日用水量，并且通过对2005-2007年每年相应时段内的日用 水量及温度的散点图观察分析，我们知道这几年里相应时段内温度及用 水量均稳定在某一值附近。故我们可以以三年内相应时间段温度及相应 的日用水量的平均值作为数据基础建立数学模型，所建模型可以很好的 表征用水量在一年中（此模型只考虑上半年）随时间的变化趋势及相关 制约因素的作用，故我们用其进行预测是合理有效的。 首先，我们建立一年内上半年温度随时间（天）变化的线性回归模型，得到上半年温度与时间序列（天）的关系，进而可以预测出2008年上半 年每天的温度。然后，为找出温度与用水量的关系，以所求得的用水量 与温度的均值为基础，分别建立了二元线性回归模型和模糊线性回归模 型，表示出了每天最高温度、最低温度与用水量的关系。 通过观察2001-2007年用水量整体随时间变化的关系图，我们很明显的看到用水量变化总体来说是呈增长趋势的。以上模型只是以 2005-2007年三年的相关数据为基础，没有考虑到温度、用水量长时期 内整体随时间（年）的变化规律。为弥补这个缺陷我们建立了GM（1，1）模型单独对2008日用水量进行预测。但该模型没有表示出温度对用水量 的影响。 以上模型各有利弊，为了综合上述模型的优点，我们以它们为基础又建立了组合预测模型，很好的提高了预测精度。 2)对问题（二）的分析：通过对所给数据观察，我们可以得出任何时段内 该城市的日用水量与两水厂的供水量之和均相等的结论。以这个结论为 前提，利用问题（一）所求结果，我们只需对一号水厂或是二号水厂2008 年上半年日供水量进行预测，从而可以得到另一水厂2008年上半年日供 水量。 3)对问题（三）的分析：为确定能使2008年8月份的总用水量不超过5045 万吨的水价调整方案，只需找出各年8月份用水量与对应水价之间的关 系，通过这个关系即可以确定满足上述条件的水价调整方案。但本题所
用水量预测方法综述 我国城市化正以罕见的速度进行, 到2000年底, 全国城市化水平已由1980年的19. 4%迅速增长到36. 2%; 预计到2020年城市化水平可达到50%左右。由于人口持续增长、经济高速发展、生活水平不断提高, 城市的工业和生活用水需求量大幅度增长, 使城市水资源供需矛盾加剧, 解决城市缺水问题是目前城市化建设面临的挑战。在进行城市水资源规划时, 城市用水量预测是其重要基础内容之一, 城市用水量预测结果直接影响到给水系统调度决策的可靠性和实用性,也直接关系到城市水资源的可持续利用和社会经济的可持续发展。 给水管网用水量预测是进行给水系统优化调度的前期上作, 根 据城市发展规划要求, 对给水管网系统的用水量进行分析、研究, 选择合适的用水量预测方法, 建立切实的用水量预测模型, 是进行给水系统优化调度的基础和前提, 它不仅为决策提供必要的信息, 在一定程度上讲, 它的准确度将直接影响给水系统优化调度的合理性和有 限投资的效益。城市用水量预测在城市建设规划、输配水系统的优化调度中具有重要的作用。它的准确程度直接影响到供水系统调度决策的可靠性及适用性。 城市给水系统时用水量预测是依据过去时段的城市供水量数据来推测下一个时段的城市需水量数据。通过对原始数据处理和用水量模型建立，发现、掌握城市给水系统时用水量变化规律，对下一个时段的城市总需水量做出科学的定量预测。建立的模型要根据历史数据的变化进行修正，使模型始终处于最优状态。 城市用水量预测方法按照预测周期可分为: 短期预测和中长期 预测; 按照预测原理可分为: 趋势外推法和因果型预测法; 按照对数据的处理方式不同有: 时间序列分析法、灰色预测法、解释性预测方法和用水定额法等。 本文主要讨论短期用水量预测和中长期用水量预测。中长期用水量预测主要用于水资源规划和城市的整体设计规划，它的预测依据是城市经济发展和人口增长速度的规律;短期预测是根据时用水量历史记录、日用水量历史记录或每周用水量历史记录数据及影响用水量的因素, 对未来一小时、一天或几周的用水量进行预测, 又称为时预测、日预测和周预测。它主要用于城市供水系统的调度管理。短期用水量预测主要用于城市给水系统在线实时模拟、给水系统优化调度，主要预测方法是时间系列法。 城市用水量特点：城市用水量具有其自身的变化规律，一般城市用水量以日周年为周期呈现周期性的变化趋势，在夏天用水量一般较高，冬天较低。节假日用水量变化规律与工作日用水量变化规律稍有不同，同时用水量也受气象因素的影响，偶然因素也会影响城市时
城市给水工程系统规划的用水量预测 摘要: 城市建设首先是各类工程的建设,而规划在城建中占有举足轻重的地位。一个城市的基础设施的位置、分类、功能、本套程度、能力大小等直接关系到城市的生活水平的提高,因此,城市规划对城市的作用是不言而喻的。城市工程系统指的就是城市基础设施的综合体系,它由交通、通信、供热〔气〕、给排水、环卫、全等工程体系构成,它们的规划就是城市工程系统规划,而给水工程系统规划则中的重要组成部分。 关键词:给水工程; 一、概述 城市给水工程系统由取水工程、净水工程、输配水工程、水资源保护工程等组成,其规划的主要任务和内容是:进行城市水源规划和水资源利用平衡工作;确定城市给水设施的规模和容量;科学布局给水设施和各级给水管网系统,满足用户要求;制定水资源保护措施和设施分布及规模。给水工作系统与排水工程系统被称为城市生命保障体系,因此,做好它的规划有着极其重要的现实意义和社会意义。 二、预测方法 预测方法主要分定额指标法和函数法二大类。它们的侧重点是不相同的,定额法侧重于定性,函数法侧重于数学分析,要做好预测要用二者互相验算、互相修正和互相补充,才能使预测所得结果最大限度地符合要求,满足规划的需要。 1.定额指标法 所谓定额指的是单位用水量,是国家相关部门根据不同条件下用水量调查统计结果,考虑各种因素发布的规范指标,具有一定的科学性、规范性、权威性,这是规划工作者必须严格执行和认真实施的,对规划工作具有很好的指导作用和约束作用。用水量预测主要定额指标有:单位人口综合
用水量指标(万m3/万人·d)、单位建设用地综合用水量指标(万m3/km2·d)、居住用地用水量指标(m3/ha·d)、综合生活用水量定额(L/人·d)、其他用地用水量指标(m3/ha·d)、工业用水重复利用率(%)。一般在预测时根据城市规模大小、工业规模取不同值乘上相应的规划人口预测数或工业产值即可得到预测用水量。此类方法简单明了、通俗易懂、计算快捷方便、数值有一定的准确性,但如果城市发展变化大则易失准。比如海南海口市在20世纪90年代中期曾发生过供水严重不足的情况,居民生活用水连五楼都短缺,这即是规划跟不上变化的结果,用水量预测占了很大的因素。 2.函数法 函数法就是将与用水量有关的各种要素作为自变量,以对应关系建立与用水量Q有关的关系式,在一定的条件下通过数学计算求得Q值。主要有:线性回归法、产函数法、年递增率法、生长曲线法等。 ( (3)年递增率法 根据历年供水能力的增加(增值是非均匀的),考虑经济发展速度和人口增加因素,确定一个合理的年平均增长率用复利公式预测城市规划期用水量, 根据有关资料,我国城市用水年增长速率在4%～6%之间,规划人员应根据城市发展规模和经济、人口的变化趋势确定年增长率的取舍,保证预测的准确性,另外此预测方法时限不宜过长。(4)生长曲线法 城市用水量的变化根据我国各典型城市的数字来看,呈S型曲线,则据此曲线的变化规律可构建生长曲线模型,函数式有二种,一种是龚泊兹公式: Q= LexP(- be- kt) (2—4) 式中Q:预测年限的用水量; L:预测用水量的上限值;
水均衡法 （一）应用条件 水均衡法适用于地下水运动为非渗流型且水均衡条件简单的充水矿床，如： 1. 位于分水岭地段地下水位以上的矿床 其主要特征为：地下水位一般停留在下伏弱含水层的顶端，故水层薄，水位埋藏深，变幅大、升降迅速，具有巨大的透水能力却无蓄水能力。抽水试验困难，也无效果。地下水动态与降雨直接相关。依照降雨方式的不同，形成各种尖峰状动态曲线形态，矿坑涌水量也常不随降深的增加而加大，故水位降深在一定程度上失去意义。补给区主要在矿区范围及其附近，补给路径短，以垂向补给为主。矿区地下水与区域地下水不发生水力联系，即无侧向补给。 （二）暗河管道充水矿床 （1）含水介质为孤立的暗河管道系统，通常各管道系统自成补给、径流、排泄系统，互相不发生直接水力联系，有些地区的管流与分散虽有一些联系，但管流是当地地下水排泄量的60%~80%以上。 （2）含水层极不均一，无统一地下水水位，因此不形成统一的含水层（体）。 （3）管流发育地区，地表溶蚀洼地、漏斗、落水洞发育、三水转化强烈，地面难以形成长年性表流；地下水动态受降水控制，暴涨暴落；其流量与降水补给面积成正比，变化大，具集中排泄特点。 很明显，上述特征无法用抽水试验求参，难以根据地下水动力学原理进行矿坑涌水量预测，同时，岩溶通道形状多变，管道组合复杂，也不适应管渠水力学的应用条件。因此，多数上述充水矿床常采用非确定性随机模型和水均衡法解决实际问题。 （三）原理 非渗流型确定性模型－水均衡方程，是根据水均衡原理，在查明矿床开采时水均衡各收入、支出项之间关系基础上建立预测方程的。建立非渗流型确定性模型，要求勘探方法与之相适应，而加强均衡研究则是保证模型可靠性，提高参数精度的必要环节。 地下水均衡研究的首要工作是建立地下水与降雨量的长期观测站，形成包括由钻孔、矿区生产井巷、采空区、老窿、有代表性的泉与地下暗河、有意义的地表汇水区等组成的长期观测网。为正确地圏定均衡区域，选择均衡期提供依据，为模型提供可靠的方程参数。 运用水均衡法的关键是，正确圈定均衡区域、选择均衡期，以及测定均衡要素。但是，在解决上述问题时会遇到一个困难，就是建立在天然条件下的水均衡关系，在矿床开采过程中常遭受强烈的破坏。如强烈的降压疏干，使地下水运动的速度和水力坡度增大或因开采造成漏斗范围内巨大岩体的变形塌坍或导致大量人工裂隙的产生，大促使地表水渗入作用的加强。此外，在长期疏干的影响下，随着漏斗的不断扩展，也常导致地下水分水岭的位移，其结果不仅补给范围扩大了，甚至形成新的补给源渗入。上述种种现象，常不易通过勘探阶段对天然水均衡的研究而获得解决。但是，它也提醒我们，水均衡关系式的建立及其水均衡要素的测定，如能充分考虑开采条件的影响，也必然会大大提高涌水量预测的精度。 （四）矿坑涌水量预测特点
2城镇需水量的阈值分析 2.1 需水量阈值确定的基本原则 2.1.1 “总量控制,定额调控”的原则 面对石羊河流域城镇水资源紧缺、供需矛盾日益突出的实际情况,严格遵循宏观上总量控制、微观上定额调控的原则,坚持尽量不增加可用水资源量、不超采地下水的总量控制原则,坚持调低灌溉需水定额、调低工业需水定额、调稳生活需水定额的定额调控原则。 2.1.2 “节水为主”的原则 始终把节约用水摆在第一位,工业需水充分考虑改进生产工艺,降低耗水定额,提高水资源重复利用率等;生活需水考虑生活水平的提高,特别是城市化率提高 的影响;农业灌溉需水依靠节水灌溉和提高用水效率[11]。 2.1.3 “退一进二、禁高扩低”的原则 为了确保在可利用水资源量不变的前提下提高单方水产值,需要调整需水结构,降低农田灌溉等第一产业需水量,提高工业等第二产业需水量,严格禁止发展高耗水作物、高耗水工业和高耗水动物,提倡发展耐旱农 作物,低耗水工业项目和小牲畜等。通过调整需水结构,调整农业种植结构,提高水分生产率。 2.1.4 “生态环境需水优先,生产生活需水主导”的原则 在进行需水量预测时,一定要考虑走廊生态环境建设所必需的生态环境需水量,并坚持优先确保生态需水的前提下,合理分配生产与生活需水量。 2.2 需水量计算的阈值模型 预测石羊河流域城镇需水量阈值的主要参数是各城市国民经济各部门需水量历年平均递增速度,需水结构,用水定额等。根据这些参数,以2010年为基年，求出未来20a(2011～2030年)各城市各行业需水结构转换系数,进而根据可容许的转换系数求出未来20a 分阶段可容许的需水结构。以石羊河典型城镇武威、金昌两市为例，根据可容许的需水结构求出在水资源可利用量不变的条件下,城市各行业的需水量。计算的数学公式为: 121m zt izt zt zt kt i Q Q Q Q Q ===+ ? （1） 12011111 Q Q Q B Q A B Q m m n m n kt ikt kt kt tij tij tij ij tij i i j i j Q =======+= =邋邋 （2） 式中,Q Zt 、代表第t 年该流域水资源总量阈值； Q Kt 代表第t 年该流域可利用水资源总量阈值； Q iZt 、代表第t 年第i 城市水资源总量阈值； Q iKt 代表第t 年第i 城市可利用水资源总量阈值； Q tij 代表第t 年第i 城市第j 个行业可利用水资源总量阈值； A tij 代表第t 年(时段)第i 城市第j 个行业(对象)需水结构转换系数。其值定义为第i 城市第j 个行业(对象)过去若干年用水比例历年平均的增长速率; B 0ij 、代表基年(2010年)第i 城市第j 个行业需水结构系数,即需水结构比例 B tij 代表第t 年第i 城市第j 个行业需水结构系数； i=1,2分别代表武威市、金昌市; =1,2,3,4,5,6,7,分别代表灌溉需水、林业需水、草场需水、牲畜需水、工业需水、城镇生活需水和农村生活需水。
城市总体规划中城市用水量预测的思考 发表时间：2018-10-31T13:31:13.957Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第15期作者：任继鑫[导读] 城市用水量预测，不仅是一个给水配套工程，更重要的是一个协调控制工程。 摘要：人口以及用水量的预测，是一个非平稳时间序列过程，它具有很强的时代特色，准确把握宏观政策对未来的发展影响，才能较为准确地进行预测。 关键词：城市用水量；预测分类；预测用水；定额法水；资源承载力 前言： 城市用水量预测，不仅是一个给水配套工程，更重要的是一个协调控制工程，通过对水量的预测和平衡计算，依据水资源承载力，对城市的可持续发展提供科学的技术支撑。 1城市总体规划中城市用水量影响因素分类 1.1地域差别的影响 我国地域辽阔，地域之间的气候、气象条件、水资源储量和分布、文化和生活习惯等均有较大的差异。在我国，地域差别的凶素仍是影响用水量，特别是居民生活用水量的主要因素。 国家制定并颁布的如《城市给水工程规划规范》（GB 50282―98）等标准中，基本上华东、华南这样一些自然降雨比较充沛的区域为一个大分区；华北、东北、西北等部分水资源比较缺乏的区域为一个大分区；而西北边缘地区，市政基础设施配套完善程度比较差的区域划为一个大分区。从这个角度来说，地域的划分也在逐渐归为统一。 1.2配套市政基础设施的影响 从宏观角度我围在城市供水这方面已投入了大量的建设资金，应该说为满足用户的用水创造了硬件条件，不会为城市用水量的合理需要竖立屏障；从另外一个微观角度，城市供配水管理的逐渐加强，更为今后合理地控制城市用水量，例如优化配水、节约用水、水资源合理回用等方面，提供了一个好的管理配套措施。 1.3居民用水器具的影响 居民家庭用水器具是影响居民生活用水量的主要因素。从居民生活用水量的统计数据来看，其消耗不仅仅是取决于用水器具本身的家庭拥有率或普及率，而更多的是决定于两种类型用水器具的使用频率。用水器具的使用频率往往反映出一个家庭的经济、社会和生活习惯等方面的特点。 2 城市用水量预测的方法 目前，城市用水量的预测方法，主要分为两大类，一类是基于平稳时间序列的分析方法，用多年的用水数据进行时间序列的线性拟合，从而进行预测。近年来，一些学术文献研究了城市用水量短期预测的平稳时间序列分析方法，如回归分析法、指数平滑法、ARMA模型、三角函数法、灰色预测法、神经网络模型等，这些方法的应用可以取得较高的精度。 另一类是城市总体规划水量预测使用较为广泛的“用水定额法”，也叫用水指标法，它根据对用水指标的分析，确定人均用水量或者单位建设用地用水量指标，按照总体规划确定的人口以及用地规模，进行用水量的预测。 平稳时间序列的分析方法，对于短期预测，效果较好，预测结果偏离值较小，计算方法科学合理。但由于用水预测涉及社会、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，而这些方法通常只能反映一种平稳的几何增长过程，所以对于长远期的预测结果与实际用水量相去甚远。 纵观现阶段城市发展以及用水量变化，呈现非平稳性事态。目前在总体规划体系框架内，一般较为常用“用水定额法”进行水量预测，并且国家对用水定额制定了一定的标准规范。从理论上讲，用水定额法，具有计算简单、科学实用的特点，能体现对水资源利用的目标控制管理，在用水量与人口、经济结构、地理生活习惯、宏观政策、以及水价调控等诸多因素关系下，“用水定额法”对于总体规划阶段的水量预测较为适用。 3 城市用水量预测新体系的几点思考 基于以上认识，如何在新的形势下，做好城市用水量的预测，笔者有如下四方面的思考。 3.1水量预测的优化方法-----分类指标预测法 “用水定额法”大体为三种：人均综合用水指标法、单位建设用地用水指标法以及分类指标预测法。 随着水资源的短缺，水量预测和平衡不仅仅涉及水资源的平衡，而且涵盖污水的资源化以及雨水综合利用。从水量协调计算的需要来看：污水量计算时，需要扣除道路和绿化浇洒水量，而且生活和工业用水的日变化系数、污水排放系数等差别较大，生活和工业污水宜分别根据相应的需水量进行估算；在确定再生水的回用途径及规模时，由于用于道路和绿地浇洒的再生水、与用于工业的再生水水质要求是不同的，相应的在再生水回用量配置时，也需要分别根据道路和绿地浇洒需水量以及工业需水量进行。综合上述因素，为了合理的进行水资源的优化配置，便于水量协调计算，城市需水量应分类进行预测，分为综合生活用水量、道路浇洒和绿地用水量、工业及其他用水量（未预见用水以及管网损失，按照生活、工业用水的百分比折算）四部分。 3.2用水指标的选取 用水量预测的关键因素是指标选取的准确性，用水指标直接反应城市用水状况。 3.2.1工业单位建设面积用水指标 工业用水的发展趋势，大致是一个逐步降低趋于平缓的过程，因而对于工业用水的预测，采取单位建设面积用地指标来计算。随着城市的功能划分，工业区域越来越集中，产业园区的用水开始进入一个逐步平稳的过程，因而可通过对不同产业类型的园区实际单位建设面积用水指标的参照，进行用水指标选取。目前综合性开发区采用0.6～0.7万m3（km2?d），高新技术开发区采用0.3～0.4万m3（km2?d）为宜，对化工、冶金等大型工业区则按实际确定。
1.给水工程历史沿革 1.1 给水事业发展史 现状规划区周边仅石桥镇有一座中心水厂（供应大公圩区域），水厂供水能力为3.0万吨/日。现状规划区内沿村庄有部分约DN110～DN200供水管道，不成体系。 根据现有规划，本次规划区周边地区主要有2个水厂。《马鞍山南部承接产业转移集中区总体规划》的新桥水厂，规模为近期30万吨/日，远期60万吨/日，沿龙山大道敷设有DN1000的给水主干管；《石桥中心镇总体规划（2010～2030）》的中心水厂，规划规模由现状的3.0万吨/日扩建至6.0万吨/日。但上述两水厂都未考虑为青山河工业园区供水。 1.2马鞍山市供水规划及现状 1.2.1马鞍山市供水规划 规划年限：2020年； 规划供水范围：南至当涂县城凌云路，东至向山，西至长江，北至慈湖工业区圣戈班，及新城东区9km2。 规划用水量：2010年城市最高日供水量为35万m3/d；2020年城市最高日供水量为60万m3/d。 其中五水厂靠近当涂县城，供水量为30万m3/d。 1.2.2马鞍山市供水概况 马鞍山市现有城市水厂三座，隶属马鞍山首创水务有限责任公司，总供水能力39.5万m3/d（截止2006年底）。另外，当涂县城目前有2.5万m3/d水厂一座。 一水厂（又称花山水厂）位于城中东部葛羊路与湖东路交口处，以一电厂尾水为水源，水质指标除水温超标外，其余指标均符合Ⅱ类。设计供水能力为5万m3/d，后又扩建了2.5万m3/d，但由于滤池过滤能力差，为保证出水水质，目
前实际供水能力仅为6.5万m3/d。 二水厂（又称采石水厂）位于宁芜路西侧、雨山区人民政府东侧，目前为马鞍山主力水厂，设计供水能力为5.0万m3/d，以长江下游干流水为水源，水质指标为Ⅱ类；经过二次扩建后，设计总供水能力达到23.0万m3/d，目前供水量16万m3/d。 三水厂始建于1987，系船上一体化水厂，以长江下游干流水为水源，水质指标除大肠菌群超标外，其余指标均符合Ⅱ类，设计供水能力为5万m3/d。由于设计运行参数取值过高，工艺流程存在一些问题，实际达不到设计负荷能力为4万m3/d，随着四水厂一期工程的建成投资，三水厂于2006年6月停用。 四水厂（又称慈湖水厂）位于城北慈湖地区，二电厂以北，联合路西南方向，设计供水能力为20万m3/d，分两期建设，一期10万m3/d，于2005年底完成并投入运行，取代原三水厂。 当涂县二水厂位于城东，原水取自长江支流姑溪河上游，水质指标为Ⅲ类；二水厂于1994年开工，设计供水能力为5.0万m3/d，1996年7月1日一期工程正式投产供水，供水能力为2.5万m3/d。 1.3青山河工业园供水现状 1.3.1供水现状 规划区周边仅石桥镇有一座中心水厂（供应大公圩区域），水厂供水能力为3.0万吨/日。现状规划区内沿村庄有部分约DN110-DN200供水管道，不成体系。根据现有规划，本次规划区周边地区主要有2个水厂。《马鞍山南部承接产业转移集中区总体规划》的新桥水厂，规模为近期30万吨/日，远期60万吨/日，沿龙山大道敷设有DN1000的给水主干管；《石桥中心镇总体规划（2010—2030）》的中心水厂，规划规模由现状的3.0万吨/日扩建至6.0万吨/日。但上述两水厂都未考虑为青山河工业园区供水。
《水用量数据预测模型建立和用户分类》 名称：水用量数据预测模型建立和用户分类 简述：（1）基于居民用户历史水用量数据，解决以下问题：分析出居民用户的水用量的规律；对用户进行分类；找出其中不合理用水的居民用户；可根据规律预测用户未来一段时间的用水量。（2）基于大用户历史用水量数据，解决以下问题：分析出大用户的水用量规律；对用户进行分类；当规律不匹配时进行提醒；根据规律预测用户未来一段时间的用水量。 1、小用户数据 1.1 数据预处理 原始数据表中包含很多字段，需要删除无用字段。其次水表可能 出现故障，导致读数有问题，如水表读书为负值等一些问题。 （1）去除重复记录，将CST_ID、CAI_ID、CXD_NEW_READING、CXD_USAGE和CXD_DATE相同的记录进行去重操作。 （2）将CXD_USAGE小于0的记录赋值为0； （3）时间转换，数据库中数据毫秒格式存储，为了方便对日期进行 操作，故需要将时间转换为yyyy/MM/dd的格式，其转换过程如下所示：
（4）校验CXD_USAGE值是否正确，这里通过KETTLE将当天CXD_NEW_READING与前一天CXD_NEW_READING进行求差，然后将差值与CXD_USAGE对比，如果他们差值较大，说明CXD_NEW_READING读书有误或CXD_USAGE有误，则需要进行校验操作，其过程如下图所示： 转换结果如下图所示：
（5）对（4）所得结果进行去除无效值操作，将前一天后一天读数差值与CXD_USAGE比较，若差值大于10则删除该记录；若当天读数比前一天读书小，则说明读数有问题删除该记录； （6）求每个用户的用水量之和、平均值和标准差。 （7）求每个用户周一到周七用水量的平均值，如下图所示： 结果如下图所示：
利用GMS对巷道涌水量预测 基于模拟区水文地质条件建立概念模型、数学模型，利用GMS软件模拟地下水渗流场，将巷道概化为排水沟（drain），并对模型进行识别与检验，最终确立符合实际水文地质特征的三维模型；在三维模型的基础上增加巷道，预测未来巷道涌水量的变化情况。 标签：GMS软件；三维模型；渗流场；巷道涌水量；排水沟（drain） 人类生活在地球上，并不断的从地球表层的岩石、水体和大气中索取各种资源[1]。我国从远古就开始了采炼矿石工作，随着采矿业的发展，矿井水文地质特征研究已成为采矿中不可缺少的工作之一[2]。碳酸盐岩地区地下水动态变化复杂，而且为探矿、采矿工作修建了复杂的地下巷道网，地下水渗流场变化复杂，给巷道涌水量预测带来了很大困难。如今，如何较为准确的预测巷道涌水量、了解地下水动态变化规律，成为日益关注的课题之一[3、4]。 1 背景 1.1 地形地貌 岩溶断块山是模拟区的地貌主要特征，其所存在的地表起伏并不是很大，大约都会在500m的差值内；地表岩溶具有较大的发育潜质，岩溶形态呈现峰丛～洼地、漏斗组合；高原面上峰峦起伏，没有太多植被覆盖率，地表发育形态通常为溶丘、溶沟、洼地、漏斗、落水洞等；边缘斜坡地带发育实芽、溶沟以及溶槽。 1.2 气象水文 模拟区降雨量年内分配不均、干湿季区分明显，4-9月为雨季，降水量最多，占全年降水量的80%以上，其他月份为旱季，降水量不足全年降水量的20%。 1.3 地层、构造 模拟区地层结构单一但巷道布置复杂，岩层受岩溶发育特征的影响，地层水文地质特征随有地表向深部呈渐变趋势；地质构造复杂，存在多期运动，断裂构造发育，由四条主要隔水断裂构成模拟区的四个边界。 1.4 地下水类型 模拟区范围内孔隙水、岩溶水和裂隙水均有分布，孔隙水仅赋存于第四系松散沉积物中，分布范围很小；岩溶水赋存于三叠系碳酸盐岩地层中，是最主要的地下水；裂隙水赋存于各个时代的火成岩中。 1.5 地下水补给、径流、排泄特征
二、用水量预测 2.1 用水指标 用水指标的确定主要依据河南省部分大中小城市地人口、用地、用水指标统计，国标《城市给水工程规划规范》(GB50282-98)及建设部原国家经委主持编制的《工业用水量定额》的有关规定。 用水量预测的方法有好几种。工业企业用水结合该区的用地规划和水源情况，本设计考虑采用单位建设用地面积法和人口与建设用地综合用水量指标法来预测工业园区的用水量。 在单位用地面积法中，不同性质用地的用水量指标也不相同，应根据用地规划中的用地分类来分别确定用水指标。 公共设施用水一般用定额法来预测。通常对城市各类公共设施历年和现状用水单耗进行统计，并参照有关公建用水标准，确定规划期该城市的公共设施用水标准，从而算出公共设施用水量。在总体规划阶段，公共设施用水分类只能分到大类，进行概略计算。一般城市公建用地的用水量标准在0.5~1.532/()km d ?万m 。例如行政办公用地、商贸金融用地、体育文化用地等可考虑0.5~1.032/()km d ?万m 的指标；服务业、教育、医疗等用地为1.0~1.532 /()km d ?万m 。 总体规划时，难以精确确定工业种类和产品生产情况，无法按单位产品的生产用水指标精确计算，再者由于市场经济情况下工业项目的性质、生产管理、项目期限都有不确定性，所以可采用工业用地单位面积用水指标来预测工业用水量。因为城市性质、工业种类、生产力水平的差别，工业用地用水指标也因地而异。表2-1-3是河南省1992年面积用水指标统计。可以看出，最大日工业用地面积比流量在0.6~1.332 /()km d ?万m 。按工业用地类型分，在规划时可以采用如下指标：一类工业用地3 2 1.20~ 2.00/km 万m ，二类工业用地 322.00~3.50/km 万m ，三类工业用地32/km 3.00 5.00万m 。 城市人口和建设用地综合用水指标 表2-1-1