JWRR Journal of Water Resources Research 2166-6024 Scientific Research Publishing 10.12677/JWRR.2016.51006 JWRR-16838 JWRR20160100000_83484746.pdf 地球与环境 湖南省生活需水量预测 Life Water Demand Forecasting for Hunan Province 山 红翠 1 * 盛 东 2 1 郭 文娟 2 1 徐 幸仪 2 1 何 怀光 2 1 null 湖南省水利水电科学研究所，湖南 长沙 * E-mail: 752378736@qq.com(山红) ; 04 01 2016 05 01 52 58 © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 2014 This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

本文采用定额法与指数平滑法预测湖南省不同规划水平年生活需水量。结果显示，此方法计算2014年生活用水量误差较小；采用定额法预测居民生活需水量在2020年和2030年均有不同幅度的上升，且目前欠发达地区的居民生活需水量在2020~2030年间的增长率明显高于目前较发达城市；城镇公共用水预测采用指数平滑法，本文取Holt线性趋势、Brown线性趋势、阻尼趋势三者预测的需水量均值为规划水平年的预测值。结果显示，湖南省各市城镇公共需水量在规划水平年有显著增长，2020~2030年间平均增长率高于2015~2020年。 This paper forecasts the life water demand of Hunan province for planned years with quota method and exponential smoothing principle. The results show that the calculated life water consumption is relatively accurate in 2014. Residents living water demand shows different rises in 2020 and 2030 based on the quota method, and the rising rate from 2020 to 2030 in less developed cities is higher than that of the developed regions. Using the exponential smoothing method to forecast public water demand in cities, this article used the average value of Holt linear trends, Brown linear trend and damping as the forecasting value in planned years. There has been a sharp growth for public water demand in planned years, and the mean rising rate from 2020 to 2030 is higher than the rate from 2015 to 2020.

 生活需水，湖南省，定额法，指数平滑法, Life Water Demand Hunan Province Quota Method Exponential Smoothing Principle 湖南省生活需水量预测<sup> </sup>

山红翠，盛东*，郭文娟，徐幸仪，何怀光

湖南省水利水电科学研究所，湖南 长沙

收稿日期：2016年1月6日；录用日期：2016年1月21日；发布日期：2016年1月28日

 摘 要

本文采用定额法与指数平滑法预测湖南省不同规划水平年生活需水量。结果显示，此方法计算2014年生活用水量误差较小；采用定额法预测居民生活需水量在2020年和2030年均有不同幅度的上升，且目前欠发达地区的居民生活需水量在2020~2030年间的增长率明显高于目前较发达城市；城镇公共用水预测采用指数平滑法，本文取Holt线性趋势、Brown线性趋势、阻尼趋势三者预测的需水量均值为规划水平年的预测值。结果显示，湖南省各市城镇公共需水量在规划水平年有显著增长，2020~2030年间平均增长率高于2015~2020年。

关键词 :生活需水，湖南省，定额法，指数平滑法

 1. 引言

水是人类社会赖以生存和发展的主要物质基础。随着国民经济持续稳定地增长，水资源问题成为制约经济社会进一步发展的重要因素[ 1 ] 。为加强水资源统一管理，控制用水总量增长，加强定额管理，节水减排，提高水资源和水环境承载能力，迫切需要开展用水总量控制与定额管理研究。

湖南水资源丰富，构成全省水资源的地表水径流量大，地下水资源充足。境内多年平均水资源量2539亿m3，其中地表水2082.8亿m3。湖南省人均水资源占有量2563 m3，略高于全国平均水平[ 2 ] 。但目前仍存在水资源时空分布不均、水污染严重、水质性缺水、水资源浪费严重等问题。随着人口的增加，经济社会的发展，需水量将持续增加，用水结构不断调整，对供水的要求将为更高。因此，建立合理的需水预测模型，对研究如何合理制定用水总量控制指标和确保不同水平年全省生活用水总量控制指标的实现具有重要作用，同时也是促进水资源的合理配置和高效利用，保障“两型”社会建设及经济社会可持续发展的重要基础工作，具有十分重要的现实意义和应用价值。

 2. 研究区概况

用水量是指供应给用户的包括输水损失在内的水量，按农业用水、工业用水、生活用水三大类统计，我国的统计制度从2003年开始又增加了生态用水，共四大类[ 3 ] 。农业用水主要包括农田灌溉用水、林牧渔业用水。工业用水可以划分为制造业、电力行业和建筑业用水；按照湖南省对各市州的用水量控制指标，生活用水不仅包括城乡居民生活用水，也包括城镇公共用水(建筑业用水和服务业用水)方面。生活用水量的评估可采用定额法，影响生活用水量评估的主要因素包括人口结构、建筑业规模、第三产业发展及相应的用水定额，而用水定额的评估是关键；生态用水仅包括城市环境和部分河湖、湿地的人工补水量。

统计湖南省2003~2013年间用水量变化情况[ 4 ] ，如图1所示。

如图1所示，2004年以来，各市(州)用水量的总体变化和年际变化幅度基本都收窄，用水量的变化进一步趋于稳定。对2003~2013年各类用水统计发现，湖南省农业用水量呈逐年递减，占总水量的比例逐年下降；工业用水逐年增加，由2003年的68.4亿m3逐渐递增到2013年的94.05亿m3；生活用水量由36.14亿m3增加到41.63亿m3，占总用水量的比例由11%提高到12.4 %，城镇公共用水增长较快，由2003年的3.85亿m3递增到2013年的12.44亿m3；生态环境用水在2.48亿m3至3.46亿m3之间变动。

 3. 计算方法 3.1. 居民用水

随着湖南省近年来城市的快速发展，一方面，人户分离，人口流动性加大，户籍人口反映地区平均经济发

图1. 湖南省2003~2013年间用水量变化情况

展水平和资源水平的局限性越来越明显；另一方面，地区各种人均统计指标多采用常住人口。为使评估具有统一的口径，本项目涉及人口时均采用常住人口指标。对于建筑业和服务业增加值经济指标，采用当年价。

生活用水指标包括居民生活用水指标和城镇公共用水指标。居民生活用水指标可按城镇居民和农村居民分别计算，用人均日用水量表示：

、 分别为城镇居民、农村居民人均日用水量，L/人·日；

、 分别为城镇居民、农村居民用水量，万m3；

、 分别为城镇和农村常住人口，万人。

本文中不同水平年预测定额值采用湖南省水资源综合规划报告数据[ 5 ] 。

据资料统计，湖南省2013年常住人口为6690.60万人，其中，城镇居民3208.81万人，农村居民3481.79万人，现状年城市化率为48.0%。

参照国家“十二五”规划人口指标约束的要求和有关计划生育政策，预测2013年~2015年人口平均增长率控制在6‰左右，2015年~2020年人口平均增长率控制在7‰左右，2020年~2030年人口平均增长率控制在7‰左右。由于我省城镇化建设脚步的加快，农村居住人口将逐步向城镇转移，因此，根据全省及各市“十二五”规划，预测2020年全省总人口7011.46万人，其中，城镇居民4226.29万人，农村居民2785.16万人，城市化率为60.3%。各地区人口增长预测分析结果见表1。

 3.2. 城镇公共用水

城镇公共用水量包括建筑业用水量与第三产业用水量(单位：万m3)，但由于缺少城镇公共生活人均日用水量，因此本文城镇公共用水采用指数平滑法预测。

用水量指标时间序列在一定程度上存在着前后依存关系，指数平滑法认为这种变化具有稳定性或规则性[ 6 ] 。该方法假定，未来预测值与过去已知数据有一定的关系，近期数据对预测值的影响较大，远期数据对预测值的影响较小，所以将较大的权数放在最近的状态，从而可被合理地顺势推延[ 7 ] 。

指数平滑法已被广泛应用于商业、采矿业、水文学、环境科学等方面[ 8 ] ，适用于时间序列长期趋势变动和水平变动事物的预测[ 9 ] ，包括一次指数平滑法、二次指数平滑法和多次指数平滑法。一次指数平滑法适用于水

The forecasts of population growth in cities of Hunan provinc
市(州) 水平年 人口(万人) 水平年 人口(万人) 水平年 人口(万人)
城镇 农村 小计 城镇 农村 小计 城镇 农村 小计
长沙 2015 608.72 142.79 751.51 2020 612.98 143.79 756.77 2030 617.27 144.80 762.07
株洲 2015 298.90 110.56 409.45 2020 300.99 111.33 412.32 2030 303.10 112.11 415.21
湘潭 2015 183.55 107.80 291.34 2020 184.83 108.55 293.39 2030 186.12 109.31 295.43
衡阳 2015 430.06 324.43 754.49 2020 433.07 326.70 759.77 2030 436.10 328.99 765.09
邵阳 2015 382.15 367.17 749.32 2020 384.83 369.74 754.57 2030 387.52 372.33 759.85
岳阳 2015 352.89 225.62 578.51 2020 355.36 227.20 582.56 2030 357.85 228.79 586.64
常德 2015 362.45 241.64 604.09 2020 364.99 243.33 608.32 2030 367.54 245.03 612.58
张家界 2015 88.14 69.26 157.40 2020 88.76 69.74 158.49 2030 89.38 70.23 159.61
益阳 2015 263.94 191.13 455.07 2020 265.79 192.47 458.26 2030 267.65 193.82 461.47
郴州 2015 301.01 184.49 485.50 2020 303.12 185.78 488.90 2030 305.24 187.08 492.32
永州 2015 293.79 260.54 554.33 2020 295.85 262.36 558.20 2030 297.92 264.20 562.12
怀化 2015 271.15 230.97 502.13 2020 273.05 232.59 505.64 2030 274.96 234.22 509.18
娄底 2015 219.44 179.54 398.99 2020 220.98 180.80 401.78 2030 222.53 182.07 404.59
湘西 2015 140.71 129.89 270.60 2020 141.69 130.80 272.49 2030 142.68 131.72 274.40
全省合计 2015 4196.91 2765.80 6962.71 2020 4226.29 2785.16 7011.46 2030 4255.87 2804.66 7060.53

表1. 湖南省各市(州)人口增长预测结果

平型变动的时间序列预测，二次指数平滑法适用于线性趋势型变动的时间序列的预测，多次指数平滑法适用于非线性趋势变动的时间序列预测[ 10 ] 。本文以湖南省各市(州) 2003~2013年城镇公共用水公报数据为基础。采用指数平滑法计算具体步骤如下：

(1) 设用水指标变化序列 ，先进行序列一次平滑， 为一次平滑值， ，其中， 为加权平滑系数， 。

(2) 对加权平滑系数进行寻优计算 。

(3) 进行精度评价，如满足要求，利用 进行逐期递推预测；如不满足要求，在一次指数平滑预测结果基础上进行二次指数平滑， ， 。

(4) 如仍不能满足预测要求，在一次和二次指数平滑基础上，进行三次指数平滑计算，利用一阶自回归模式 进行趋势误差校正预测。

本文对指数平滑法采用Holt线性趋势、Brown线性趋势、阻尼趋势三种变化趋势分别预测需水量，并用三者的均值作为指数平滑法预测城镇公共需水量的最终结果。最后将城镇居民需水、农村居民需水和城镇公共需水量合计作为生活需水量的预测值。

 4. 结果分析

本文在湖南省14个市(州)2003~2013年逐年生活用水量数据的基础上，运用定额法和指数平滑法对14个市(州)生活用水特征值进行了预测分析。其中定额法根据经济社会发展水平、人均收入水平、水价水平、节水器具推广与普及情况，结合生活用水习惯，现状用水水平，参考国内外同类地区或城市生活用水定额水平，参照建设部门制定的居民生活用水定额标准，结合用水人口预测成果，进行城镇生活用水量和农村居民生活用水量的预测。

4.1. 现状年生活用水量计算

将分类定额法和指数平滑法相结合用以预测湖南省生活用水总量，计算得到湖南省各行政分区2014年生活用水量如表2。

由表2可知，现状年采用分类定额法与指数平滑法预测生活用水量效果较好，与实际生活用水量相比，其绝对误差在0.03~0.74亿m3之间，所有市州相对误差均在±20%以内，相对误差在±10%以内的有10个市(州)，剩余的4个市(州)其相对误差也在±15%以内；全省生活用水相对误差仅为4.09%。综上，采用分类定额法和指数平滑法结合预测湖南省生活用水总量具有可行性，预测结果较为可靠。

 4.2. 不同规划水平年生活需水量预测

采用上述方法计算湖南省14个市(州)及湖南省在不同规划水平年生活需水量，结果如表3所示。

由表3可知，采用定额法预测不同水平年各市(州)的居民生活需水量均呈增加趋势，其中2015年到2020年间，湘潭的增加幅度最小，为1.93%；岳阳市增幅3.38%，增幅最大。2020~2030年间，14个市(州)居民生活需水量增幅较2015~2020年的增幅大，其中居民现有用水水平较高的长株潭地区增幅较小，而现状水平下用水水平较低的张家界、怀化等地区在2020～2030年间的用水增幅较大，基本在5.0%左右。

The contrast of predictive value and communique data of Hunan province for life water consumption in 2014with quota method and exponential smoothing principl
市(州) 用水总量 长沙 株洲 湘潭 衡阳 邵阳 岳阳 常德 张家界 益阳 郴州 永州 怀化 娄底 湘西自治州 湖南省
公报值(亿m3) 6.6 2.85 1.96 4.52 3.77 3.36 3.52 0.93 2.39 2.69 2.85 2.85 2.24 1.26 41.79
预测值(亿m3) 7.34 3.25 2.10 4.44 3.49 3.28 3.75 1.04 2.45 2.81 2.78 2.73 2.52 1.29 43.50
相对误差(%) 11.20 14.00 7.17 −1.77 −7.31 −2.42 6.41 12.25 2.57 4.56 −2.33 −4.27 12.44 2.10 4.09

表2. 采用定额法与指数平滑法计算2014年湖南省生活用水量预测值与水资源公报数据比较

The results of life water demand forecasting for cities in Hunan provinc
预测内容 预测方法 长沙 株洲 湘潭 衡阳 邵阳 岳阳 常德 张家界 益阳 郴州 永州 怀化 娄底 湘西 全省
居民用水 定额法 2015 4.32 2.28 1.55 3.42 2.90 2.66 2.62 0.65 2.00 2.18 2.36 1.97 1.85 1.08 31.84
2020 4.41 2.33 1.58 3.52 2.98 2.75 2.70 0.67 2.05 2.23 2.43 2.03 1.90 1.11 32.69
2030 4.55 2.40 1.63 3.67 3.13 2.88 2.84 0.71 2.14 2.33 2.54 2.13 1.98 1.16 34.09
城镇公共 指数平滑 2015 3.53 1.28 0.70 1.17 0.83 0.76 1.49 0.43 0.59 0.81 0.59 0.98 0.83 0.28 14.27
2020 5.14 2.23 1.11 1.24 1.17 0.93 2.62 0.45 0.75 1.07 0.85 1.52 1.19 0.33 20.6
2030 8.33 4.13 1.92 1.42 1.86 1.27 4.87 0.48 1.09 1.61 1.38 2.59 1.91 0.44 33.3
生活用水总量 2015 7.86 3.56 2.25 4.60 3.73 3.42 4.11 1.08 2.58 2.99 2.95 2.95 2.69 1.36 46.12
2020 9.54 4.56 2.69 4.76 4.15 3.68 5.33 1.12 2.81 3.30 3.28 3.55 3.10 1.44 53.3
2030 12.88 6.54 3.55 5.09 4.99 4.15 7.71 1.19 3.23 3.94 3.92 4.73 3.89 1.60 67.41

表3. 湖南省各行政分区生活需水量预测结果单位：亿m³

采用指数平滑法预测城镇公共用水需水量结果显示，各市(州)城镇公共用水需水量总体呈增加趋势，大部分市(州)增幅均在50%以上。其中长株潭地区未来时期城镇公共用水增加幅度更为显著。

对生活用水总需水量的预测结果显示，各市州(州)在预测水平年的生活用水均较现状年有显著增加，增幅较大的有长株潭地区、常德、怀化，增幅在25%~40%之间。

 5. 结论与展望

本文采用定额法计算湖南省14市(州)在不同水平年居民生活需水量，采用指数平滑法的三种线型模拟城镇公共需水量，两者合计为生活需水量。结果显示2020年和2030年湖南省全省14个市(州)居民生活需水量均有不同幅度的上升，且目前欠发达地区在2020年后的居民需水量增幅较大。各个市州城镇公共需水量在规划水平年均有较大幅度增加，且较发达城市增幅更为明显。

随着湖南省社会经济的快速发展，人民生活水平的迅速提高，居民对水资源的需求日益提高，随之而来的水资源短缺问题也日益突出，因此研究生活需水量的演变以及科学的进行生活需水量分析和预测对于制定城市宏观经济发展规划、水资源规划、水资源合理配置，以及采取相应的节水措施等具有重要的指导意义，可为城市经济的可持续发展提供重要保障[ 11 ] 。今后生活需水的预测研究中应细化至县(区)，以期为各地区发展与规划提供更为详实的水资源资料，促进各县(区)城市化进程。另外，生活用水的预测要与农业用水、工业用水、生态环境用水等有机结合，以整体考虑水资源的综合利用与规划。

 基金项目

衡邵干旱走廊典型灌区干旱期水资源优化调度研究项目，合同编号：湘水科计【2013】243-17；湖南省用水效率指标体系研究；合同编号：湘水科计【2013】170-19；湖南省水生态文明建设指标体系及技术保障措施研究，合同编号：湘水科计【2015】13-34。

 文章引用

山红翠,盛 东,郭文娟,徐幸仪,何怀光. 湖南省生活需水量预测 Life Water Demand Forecasting for Hunan Province[J]. 水资源研究, 2016, 05(01): 52-58. http://dx.doi.org/10.12677/JWRR.2016.51006

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