基于GM（1,1）的河南省需水量預測研究

《河南水利與南水北調》2011年第24期百家譚IH正NAN基于GM( 1,1 )的河南省需水量預測研究口邵全忠(河南省周口水文水資源勘測局)摘要:本文重 點(diǎn)介紹了灰色理論及其建模原理,對年度用水量進(jìn)行深入挖掘,依據河南省2000- 2009年用水資料建立了灰色GM(1, 1)預測模型,經(jīng)栓驗模型精度達到93. 27%,并用該模型對需水量進(jìn)行了預測。預測結果表明,該模型用于需水量預測，符合其灰色特性,可檢驗,適用性好,可為河南水資源規劃與管理提供必要的參考.關(guān)鍵詞:灰色系統法;GM(1,1)模型;需水預測一、引言灰色預測方法是一種不嚴格的系統方法,它拋開(kāi)了系統結水資源是基礎性自然資源，是生態(tài)環(huán)境建設的控制性要構分析的環(huán)節,把受各種因素影響的需水量視為在一-定范圍內素。隨著(zhù)國民經(jīng)濟和社會(huì )迅速發(fā)展,人口快速增長(cháng)和城市規模變化的 與時(shí)間有關(guān)的灰色量,從其自身的數據列中挖掘有用信的不斷擴大,河南省水資源情勢發(fā)生了很大的變化,水資源供息,并以此模型對未來(lái)需水量做出預測。需矛盾突出,入湖河流水量銳減、水質(zhì)下降、生態(tài)環(huán)境惡化,一(二)灰色系統GM(1,1)模型些河流富營(yíng)養化嚴重,景觀(guān)及供水等功能下降,其水資源短缺、CM(1, 1)模型是灰色系統最常用的-種模型,它是由一個(gè)包水質(zhì)污染已嚴重制約河南社會(huì )經(jīng)濟可持續發(fā)展。因此，面對日含單變量的一階微分方程構成的模型。該模型通過(guò)對原始數據益嚴峻的水資源問(wèn)題，加強水資源預測與管理就顯得極其重要。進(jìn)行生成處理, 使對原始數據的累加生成尋找系統的整體規律,需水預測是水資源規劃的基礎,是水資源管理的重要依建立模型來(lái)尋找和揭示系統需水的潛在規律其呈指數趨勢變據,也是供水系統優(yōu)化調度管理的重要部分,可以為政府或水化, 通過(guò)建立指數微分方程,得到預測模型。行政主管部廣]提供未來(lái)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展所需的水資源數據,以便設已有的用水量序列數據(=(2).?..... ,x(m)}為今后的區域發(fā)展提供參考依據,預測并提前處理可能出現的作一階累加生成模塊x*-x209.,x.2.... ,xX)各類(lèi)水問(wèn)題。合理地預測規劃水平年社會(huì )經(jīng)濟各部門(mén)的需水要由一階灰色模型x構成的微分方程為:dx +ax"=u1)求,對有計劃地指導水資源開(kāi)發(fā)利用具有重要的意義。二、灰色系統法將式(1 )離散化后得到矩陣形式: Y=XB2)(一)灰色系統理論所謂灰色系統是介于白色系統和黑箱系統之間的過(guò)渡系對方程組(2)按最小二乘法得到:B=(X)(XY)={"統,一般地說(shuō),社會(huì )系統經(jīng)濟系統、生態(tài)系統都是灰色系統。例則微分方程的解為:*(M+1)=(*(1)-告)e* +世如物價(jià)系統,導致物價(jià)上漲的因素很多,但已知的卻不多,因此對物價(jià)這- -灰色系統的預測可以用灰色預測方法?；疑A測通xB)的模擬值為:xM(k+1)=xM(k+1)- xMk)過(guò)鑒別系統因素之間發(fā)展趨勢的相異程度，即進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，該方法可以直接利用原始數據建立指數增長(cháng)模型,不需要并對原始數據進(jìn)行生成處理來(lái)尋找系統變動(dòng)的規律,生成有較具體地分析 系統的結果，就能找出系統整體變化的規律。它所強規律性的數據序列,然后建立相應的微分方程模型,從而預需要的數據不要求太多,并且適于中長(cháng)期預測,在數據缺乏時(shí)非測事物未來(lái)發(fā)展趨勢的狀況。其用等時(shí)距觀(guān)測到的反應預測對常有效。象特征的一-系列數量值構造灰色預測模型,預測未來(lái)某-時(shí)刻三、河南省需水量預測的特征量,或達到某- -特征量的時(shí)間。(一)河南省水資源概況河南位于中國中東部、黃河中下游，界于北緯31° 23'-36° 22' ,東經(jīng)1109中國煤化工省河川徑流作者簡(jiǎn)介:邵全忠(1974-),男,河南沈丘人,工程師,主地表水資源主要由降t為784mm,要從事水文水資源工作。其中76%的降水量由TYHCN M H G地表水體蒸百家譚《河南水利與南水北調》2011年第24期HENAN發(fā)所消耗，另有24%的降水量形成河川徑流量。通過(guò)對一實(shí)-一--模報1956-1979 年資料的計算，全省多年平均河川天然徑流量為60312.7億m',折合徑流深為189mm,多年平均年徑流深的區域分布與降水的總趨勢大體-致, 南部大于北部,山區大于平原。河南屬暖溫帶一亞熱帶 、濕潤一半濕潤季風(fēng)氣候。 - -般特點(diǎn)是冬季寒冷雨雪少,春季干旱風(fēng)沙多,夏季炎熱雨豐沛,秋季晴和日照足。全省年平均氣溫- -般在12~16C之間,一月-3~3C,益七月24~29C,大體東高西低,南高北低,山地與平原間差異比10較明顯。全年降水的50%集中在夏季,常有暴雨。(二)需水量預測2000 2001 2002 2003 2004 2005 206 2007 2008 2009年份河南省也是個(gè)缺水省份,按照“資源節約型、環(huán)境友好型”的圖1工業(yè)用水實(shí)測值 與模擬值比對圖要求,必須堅持節流優(yōu)先科學(xué)開(kāi)源、治污為本、綜合利用的原E-實(shí)值一樓都概則,建設節水型社會(huì )。隨著(zhù)城市化進(jìn)程的加快城市規模的擴大和人民生活水平的提高,各項社會(huì )事業(yè)迅速發(fā)展,用水量快速增長(cháng)。140t:本文對需水量的預測主要包括:工業(yè)用水、農業(yè)用水、生活用水三部分。息100工業(yè)用水分為- -般工業(yè)用水和電力工業(yè)用水兩類(lèi)?；痣妼僖?0于高耗水行業(yè)，所需要的新鮮水量比較大，重復利用率也比較高,相對比較特殊,所以將其單獨考慮。生活用水分為居住用水和公共用水兩類(lèi),居住用水的構成比較簡(jiǎn)單,主要用于居民的日2000 2001200200320042005200072002009常生活;公共用水的構成相對復雜-些，根據需要,可以劃分為公益性用水、生活性用水和商業(yè)性用水。公益性用水包括市政綠圖2農業(yè)用水實(shí)測值 與模擬值比對圖.化、消防用水澆灑道路;生活性用水包括機關(guān)部隊、大專(zhuān)院校、E一實(shí)二模擔值中小學(xué)及幼兒園、科研單位用水;商業(yè)性用水包括旅館餐飲業(yè)、清潔業(yè)、商業(yè)、醫療、寫(xiě)字樓。農業(yè)用水主要指農田灌溉用水和林牧漁用水兩部分，其中灌溉用水占相當大的比重，它與節水技術(shù)灌溉面積和作物結構等有關(guān)。(三)實(shí)例計算運用灰色系統的GM(1,1)法對河南省2000 2009年各行業(yè)用水量進(jìn)行模擬分析,模擬得出2000-2009 年的各個(gè)年份數據,并對其未來(lái)年份2015、2020年的需水量進(jìn)行預測，結果如表2000 2001 2002 2003 2004 205200620072008 20091所示。表1灰色系統法模擬預測結果表圖3生活用水實(shí)測值 與模擬值比對圖工業(yè)用水擬合值 農業(yè)用水擬合值 生活用水擬合值(四)誤差檢驗年份(億m的) (億m) (億 m)(億m) (億m) (億 m)需水量預測是對未來(lái)年份的需水量做出的--種相似性預2000 41.739.21134.2144.4328.9430.37測,所以有一定的誤差,誤差越小說(shuō)明模擬精度越高,效果越好,所以,需要對灰色系統法誤差的檢驗,由此來(lái)確定需水量預測準200140.7640.49159.6340.130.931.15確與否。2002 40.2441.81136.09135.9132.8331.95誤差的檢驗過(guò)程分為三步:首先,計算模擬值與實(shí)際值的誤2003 39.95 43.17105.13 131.8434.3232.77差率 ;其次,根據誤差率計算其數學(xué)期望E(X);最后，根據數學(xué)期望E(X)計算其方差D(X)。方差的計算公式如式所示:D(X)2004 40.17 44.58 112.65 127.89 35.9933.61=E[X-E(X)P。2005 45.71 46.03 114.59 124.06 37.5134.47通過(guò)(擬合值-實(shí)際值)/實(shí)際值,計算出模擬的誤差率。經(jīng)2006 48.3247.53148.53120.3430.1335.36過(guò)計算得出工業(yè)用水的平均誤差率為5.2% ,農業(yè)用水的平均誤2007 52.8249.08120.07 116.7436.3936.27差率為10% ,生活用水的平均誤差率為5% ,數學(xué)期望和方差的檢驗結果如表2所示。2008 51.4048.13133.49 120.5942.6442.52表2數學(xué)期望及方差計算結果表2009 53.51 49.92 127.76 129.93 42.1140.18數學(xué)期望方差201563.43 ;91.5444.43方法工業(yè)農業(yè)生活工業(yè)生活202074.4578.6350.43GM(1,1)中國煤化工，913.8423.2下圖是各種用水模擬值和實(shí)測值的比對圖。TYHCNM HG-.《河南水利與南水北調》2011年第24期百家譚I F HENAN淺談施工企業(yè)物資機械采購的商業(yè)談判技巧口瞿行亮(南水北調中線(xiàn)建管局河南直管建管局)工程施工項目是以機械裝備投入與物資材料的大量消耗為商業(yè)談判實(shí)質(zhì)上是雙方對自己各自擁有的資源進(jìn)行交換并特征的作業(yè)過(guò)程。及時(shí)準確采購到質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的產(chǎn)品,對于加快施達成 共識的約定過(guò)程,最大限度的獲取對方的利益是談判的核工進(jìn)度降低施工成本、提高經(jīng)濟效益等有重要的作用。采購過(guò)心。 資源是多方面的,既有質(zhì)量、價(jià)格、性能等產(chǎn)品方面的,也有程的商業(yè)談判(商務(wù)談判)是對市場(chǎng)進(jìn)行客觀(guān)的分析,制定行之人力 、服務(wù)、培訓等營(yíng)銷(xiāo)方面的。以較少的付出獲得較大的回報有效的采購計劃，與供應商共同確定產(chǎn)品采購價(jià)格的智力活動(dòng)。是談判雙方所要 達到的目標。由于供需雙方各自的客觀(guān)條件不通過(guò)參與談判人員的內部溝通,系統的評估供應商,并應用靈活同在談判中雙方都會(huì )對合約的部分條款做出讓步和折衷， 犧牲機智的采購技巧，對提高談判質(zhì)量和效率,達到事半功倍的效部分利益以獲取其它方 面的補償,從而獲取整體利益的最大化。果,有著(zhù)不言而喻的指導意義。(三)選擇權一、影響談判因素的分析市場(chǎng)上同類(lèi)產(chǎn)品可供采購選擇的余地越大，采購方在談判(一)有效信息中越能處優(yōu)勢地位。巧妙的利用眾多供應商的生產(chǎn)成本、經(jīng)營(yíng)理談判前,談判人員應當通過(guò)媒體、同行業(yè)專(zhuān)業(yè)人士的評價(jià)、念的不同的差異 ,有的放矢往往能取得意想不到的效果。相反，口碑等各種渠道最大限度的獲取對方的經(jīng)營(yíng)理念、銷(xiāo)售策略需如果選擇稀 、缺少的冷]產(chǎn)品,常常會(huì )受制于對方的技術(shù)專(zhuān)利、求信譽(yù)等方面的綜合信息。有效信息掌握得越多在談判中越產(chǎn) 品性能差異等因素的制約,使自己處于談判中的不利地位。在能做到游刃有余,越能爭取談判的主動(dòng)權,對自己越有利。這種情況下,如果對方開(kāi)出使用、技術(shù)、資料等有償使用(轉讓)(二)資源控制的條件,就有可能造成騎虎難下的尷尬局面。根據灰色預測原理建立的需水量GM(1,1)預測模型,經(jīng)檢驗參考文獻平均精度達到93.27%，其數學(xué)期望和方差也在合理范圍之類(lèi)，[1]王大正, 趙建世,蔣慕川,翁文斌多目標多層次流城需水預模擬的數據模型符合指數規律,其變化速度比較快,對于中短期;測系統開(kāi)發(fā)與應用[J].水科學(xué)進(jìn)展.2002: Vol. 13, No. 1; .預測精度較高,經(jīng)預測未來(lái)工業(yè)和生活用水在逐漸升高,農業(yè)用Jan.水在逐漸降低,這符合現代社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展規律,也與當地實(shí)際情[2]張雅君,劉全勝.需水量預測方法的評析與擇優(yōu)[J].中國給況吻合。水排水, 2001, 17(7):27-29.四、結語(yǔ)從歷年數據來(lái)看,各部門(mén)需水的總均勢是:正在走向產(chǎn)業(yè)化[3]李琳,左其亭.城市用水量預測方法及應用比較研究[].水的農業(yè)用水量逐步減少,在總用水量中的比重也緩慢下降;正在資源與水工程學(xué)報, 2005, 16(3): 6-10.大力發(fā)展的工業(yè)部門(mén)]用水量正在逐漸增長(cháng);城市化和人民生活[4]徐洪福,袁一星,趙洪賓.灰色預測模型在年用水量預測中的水平的提高,生活用水增加較快,但在總用水量中的比重較小。應用[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報, 2001, 34 (4):61-64.灰色模型作為一種預測理論， 已經(jīng)在各行各業(yè)得到充分的[5]王弘宇, 馬放，楊開(kāi)，等灰色新陳代謝GM(Q,1)模型在中長(cháng)應用。由于CM(,1)模型所求數據較少,原理簡(jiǎn)單,計算量適中,擬期城市需水量預測中的應用研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報,2004,合精度較高等諸多優(yōu)點(diǎn)適用中短期預測比較理想。通過(guò)GM(1,37 (6) : 32-35.1)模型對未來(lái)年份2015年、2020年水資源進(jìn)行需水預測,可以[6]任煥蓮，基于力中國煤化工K量預測研究達到對未來(lái)用水量的宏觀(guān)規劃，實(shí)現水資源的持續利用和合理[J].水利與建筑配置,解決水資源的供需矛盾。收稿日期: 2011TYHCNMHG.