基于GM（1,1）的河南省需水量预测研究

《河南水利与南水北调》2011年第24期百家谭IH正NAN基于GM( 1,1 )的河南省需水量预测研究口邵全忠(河南省周口水文水资源勘测局)摘要:本文重 点介绍了灰色理论及其建模原理,对年度用水量进行深入挖掘,依据河南省2000- 2009年用水资料建立了灰色GM(1, 1)预测模型,经栓验模型精度达到93. 27%,并用该模型对需水量进行了预测。预测结果表明,该模型用于需水量预测，符合其灰色特性,可检验,适用性好,可为河南水资源规划与管理提供必要的参考.关键词:灰色系统法;GM(1,1)模型;需水预测一、引言灰色预测方法是一种不严格的系统方法,它抛开了系统结水资源是基础性自然资源，是生态环境建设的控制性要构分析的环节,把受各种因素影响的需水量视为在一-定范围内素。随着国民经济和社会迅速发展,人口快速增长和城市规模变化的 与时间有关的灰色量,从其自身的数据列中挖掘有用信的不断扩大,河南省水资源情势发生了很大的变化,水资源供息,并以此模型对未来需水量做出预测。需矛盾突出,入湖河流水量锐减、水质下降、生态环境恶化,一(二)灰色系统GM(1,1)模型些河流富营养化严重,景观及供水等功能下降,其水资源短缺、CM(1, 1)模型是灰色系统最常用的-种模型,它是由一个包水质污染已严重制约河南社会经济可持续发展。因此，面对日含单变量的一阶微分方程构成的模型。该模型通过对原始数据益严峻的水资源问题，加强水资源预测与管理就显得极其重要。进行生成处理, 使对原始数据的累加生成寻找系统的整体规律,需水预测是水资源规划的基础,是水资源管理的重要依建立模型来寻找和揭示系统需水的潜在规律其呈指数趋势变据,也是供水系统优化调度管理的重要部分,可以为政府或水化, 通过建立指数微分方程,得到预测模型。行政主管部广]提供未来社会经济发展所需的水资源数据,以便设已有的用水量序列数据(=(2).?..... ,x(m)}为今后的区域发展提供参考依据,预测并提前处理可能出现的作一阶累加生成模块x*-x209.,x.2.... ,xX)各类水问题。合理地预测规划水平年社会经济各部门的需水要由一阶灰色模型x构成的微分方程为:dx +ax"=u1)求,对有计划地指导水资源开发利用具有重要的意义。二、灰色系统法将式(1 )离散化后得到矩阵形式: Y=XB2)(一)灰色系统理论所谓灰色系统是介于白色系统和黑箱系统之间的过渡系对方程组(2)按最小二乘法得到:B=(X)(XY)={"统,一般地说,社会系统经济系统、生态系统都是灰色系统。例则微分方程的解为:*(M+1)=(*(1)-告)e* +世如物价系统,导致物价上涨的因素很多,但已知的却不多,因此对物价这- -灰色系统的预测可以用灰色预测方法。灰色预测通xB)的模拟值为:xM(k+1)=xM(k+1)- xMk)过鉴别系统因素之间发展趋势的相异程度，即进行关联分析，该方法可以直接利用原始数据建立指数增长模型,不需要并对原始数据进行生成处理来寻找系统变动的规律,生成有较具体地分析 系统的结果，就能找出系统整体变化的规律。它所强规律性的数据序列,然后建立相应的微分方程模型,从而预需要的数据不要求太多,并且适于中长期预测,在数据缺乏时非测事物未来发展趋势的状况。其用等时距观测到的反应预测对常有效。象特征的一-系列数量值构造灰色预测模型,预测未来某-时刻三、河南省需水量预测的特征量,或达到某- -特征量的时间。(一)河南省水资源概况河南位于中国中东部、黄河中下游，界于北纬31° 23'-36° 22' ,东经1109中国煤化工省河川径流作者简介:邵全忠(1974-),男,河南沈丘人,工程师,主地表水资源主要由降t为784mm,要从事水文水资源工作。其中76%的降水量由TYHCN M H G地表水体蒸百家谭《河南水利与南水北调》2011年第24期HENAN发所消耗，另有24%的降水量形成河川径流量。通过对一实-一--模报1956-1979 年资料的计算，全省多年平均河川天然径流量为60312.7亿m',折合径流深为189mm,多年平均年径流深的区域分布与降水的总趋势大体-致, 南部大于北部,山区大于平原。河南属暖温带一亚热带 、湿润一半湿润季风气候。 - -般特点是冬季寒冷雨雪少,春季干旱风沙多,夏季炎热雨丰沛,秋季晴和日照足。全省年平均气温- -般在12~16C之间,一月-3~3C,益七月24~29C,大体东高西低,南高北低,山地与平原间差异比10较明显。全年降水的50%集中在夏季,常有暴雨。(二)需水量预测2000 2001 2002 2003 2004 2005 206 2007 2008 2009年份河南省也是个缺水省份,按照“资源节约型、环境友好型”的图1工业用水实测值 与模拟值比对图要求,必须坚持节流优先科学开源、治污为本、综合利用的原E-实值一楼都概则,建设节水型社会。随着城市化进程的加快城市规模的扩大和人民生活水平的提高,各项社会事业迅速发展,用水量快速增长。140t:本文对需水量的预测主要包括:工业用水、农业用水、生活用水三部分。息100工业用水分为- -般工业用水和电力工业用水两类。火电属益60于高耗水行业，所需要的新鲜水量比较大，重复利用率也比较高,相对比较特殊,所以将其单独考虑。生活用水分为居住用水和公共用水两类,居住用水的构成比较简单,主要用于居民的日2000 2001200200320042005200072002009常生活;公共用水的构成相对复杂-些，根据需要,可以划分为公益性用水、生活性用水和商业性用水。公益性用水包括市政绿图2农业用水实测值 与模拟值比对图.化、消防用水浇洒道路;生活性用水包括机关部队、大专院校、E一实二模担值中小学及幼儿园、科研单位用水;商业性用水包括旅馆餐饮业、清洁业、商业、医疗、写字楼。农业用水主要指农田灌溉用水和林牧渔用水两部分，其中灌溉用水占相当大的比重，它与节水技术灌溉面积和作物结构等有关。(三)实例计算运用灰色系统的GM(1,1)法对河南省2000 2009年各行业用水量进行模拟分析,模拟得出2000-2009 年的各个年份数据,并对其未来年份2015、2020年的需水量进行预测，结果如表2000 2001 2002 2003 2004 205200620072008 20091所示。表1灰色系统法模拟预测结果表图3生活用水实测值 与模拟值比对图工业用水拟合值 农业用水拟合值 生活用水拟合值(四)误差检验年份(亿m的) (亿m) (亿 m)(亿m) (亿m) (亿 m)需水量预测是对未来年份的需水量做出的--种相似性预2000 41.739.21134.2144.4328.9430.37测,所以有一定的误差,误差越小说明模拟精度越高,效果越好,所以,需要对灰色系统法误差的检验,由此来确定需水量预测准200140.7640.49159.6340.130.931.15确与否。2002 40.2441.81136.09135.9132.8331.95误差的检验过程分为三步:首先,计算模拟值与实际值的误2003 39.95 43.17105.13 131.8434.3232.77差率 ;其次,根据误差率计算其数学期望E(X);最后，根据数学期望E(X)计算其方差D(X)。方差的计算公式如式所示: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通过(拟合值-实际值)/实际值,计算出模拟的误差率。经2006 48.3247.53148.53120.3430.1335.36过计算得出工业用水的平均误差率为5.2% ,农业用水的平均误2007 52.8249.08120.07 116.7436.3936.27差率为10% ,生活用水的平均误差率为5% ,数学期望和方差的检验结果如表2所示。2008 51.4048.13133.49 120.5942.6442.52表2数学期望及方差计算结果表2009 53.51 49.92 127.76 129.93 42.1140.18数学期望方差201563.43 ;91.5444.43方法工业农业生活工业生活202074.4578.6350.43GM(1,1)中国煤化工，913.8423.2下图是各种用水模拟值和实测值的比对图。TYHCNM HG-.《河南水利与南水北调》2011年第24期百家谭I F HENAN浅谈施工企业物资机械采购的商业谈判技巧口瞿行亮(南水北调中线建管局河南直管建管局)工程施工项目是以机械装备投入与物资材料的大量消耗为商业谈判实质上是双方对自己各自拥有的资源进行交换并特征的作业过程。及时准确采购到质优价廉的产品,对于加快施达成 共识的约定过程,最大限度的获取对方的利益是谈判的核工进度降低施工成本、提高经济效益等有重要的作用。采购过心。 资源是多方面的,既有质量、价格、性能等产品方面的,也有程的商业谈判(商务谈判)是对市场进行客观的分析,制定行之人力 、服务、培训等营销方面的。以较少的付出获得较大的回报有效的采购计划，与供应商共同确定产品采购价格的智力活动。是谈判双方所要 达到的目标。由于供需双方各自的客观条件不通过参与谈判人员的内部沟通,系统的评估供应商,并应用灵活同在谈判中双方都会对合约的部分条款做出让步和折衷， 牺牲机智的采购技巧，对提高谈判质量和效率,达到事半功倍的效部分利益以获取其它方 面的补偿,从而获取整体利益的最大化。果,有着不言而喻的指导意义。(三)选择权一、影响谈判因素的分析市场上同类产品可供采购选择的余地越大，采购方在谈判(一)有效信息中越能处优势地位。巧妙的利用众多供应商的生产成本、经营理谈判前,谈判人员应当通过媒体、同行业专业人士的评价、念的不同的差异 ,有的放矢往往能取得意想不到的效果。相反，口碑等各种渠道最大限度的获取对方的经营理念、销售策略需如果选择稀 、缺少的冷]产品,常常会受制于对方的技术专利、求信誉等方面的综合信息。有效信息掌握得越多在谈判中越产 品性能差异等因素的制约,使自己处于谈判中的不利地位。在能做到游刃有余,越能争取谈判的主动权,对自己越有利。这种情况下,如果对方开出使用、技术、资料等有偿使用(转让)(二)资源控制的条件,就有可能造成骑虎难下的尴尬局面。根据灰色预测原理建立的需水量GM(1,1)预测模型,经检验参考文献平均精度达到93.27%，其数学期望和方差也在合理范围之类，[1]王大正, 赵建世,蒋慕川,翁文斌多目标多层次流城需水预模拟的数据模型符合指数规律,其变化速度比较快,对于中短期;测系统开发与应用[J].水科学进展.2002: Vol. 13, No. 1; .预测精度较高,经预测未来工业和生活用水在逐渐升高,农业用Jan.水在逐渐降低,这符合现代社会经济发展规律,也与当地实际情[2]张雅君,刘全胜.需水量预测方法的评析与择优[J].中国给况吻合。水排水, 2001, 17(7):27-29.四、结语从历年数据来看,各部门需水的总均势是:正在走向产业化[3]李琳,左其亭.城市用水量预测方法及应用比较研究[].水的农业用水量逐步减少,在总用水量中的比重也缓慢下降;正在资源与水工程学报, 2005, 16(3): 6-10.大力发展的工业部门]用水量正在逐渐增长;城市化和人民生活[4]徐洪福,袁一星,赵洪宾.灰色预测模型在年用水量预测中的水平的提高,生活用水增加较快,但在总用水量中的比重较小。应用[J].哈尔滨建筑大学学报, 2001, 34 (4):61-64.灰色模型作为一种预测理论， 已经在各行各业得到充分的[5]王弘宇, 马放，杨开，等灰色新陈代谢GM(Q,1)模型在中长应用。由于CM(,1)模型所求数据较少,原理简单,计算量适中,拟期城市需水量预测中的应用研究[J].武汉大学学报,2004,合精度较高等诸多优点适用中短期预测比较理想。通过GM(1,37 (6) : 32-35.1)模型对未来年份2015年、2020年水资源进行需水预测,可以[6]任焕莲，基于力中国煤化工K量预测研究达到对未来用水量的宏观规划，实现水资源的持续利用和合理[J].水利与建筑配置,解决水资源的供需矛盾。收稿日期: 2011TYHCNMHG.