城市给水工程需水量预测方法研究

城市给水工程需水量预测方法研究

郭晓辉

天津市华淼给排水研究设计院有限公司

摘要：需水量预测是城市给水工程中最重要的参数，城市管网配置、泵站建设、水厂规模的确定等，均以需水量为基础，准确的需水量预测是城市给水工程建设的前提。总结目前用到的主要的需水量预测方法，结合某区域供水专项规划中采用的需水量预测方法，重点对统计分析、指标预测等方法进行研究，总结出适用性更强的需水量预测方案。

关键词：供水规划、需水量、预测

1.需水量预测方法分类

需水量是规划区域内用水量总和，包括生产运营用水、公共服务用水、居民生活用水、消防及其他特殊用水（管道冲洗、末梢放水等）以及不可预见的水量（管网漏失水量）等。即指需要向供水系统输送的所有水量之和，包括区域用水量、漏失量和未预见用水量等。

需水量预测的方法有多种，其中规范指标法、时间序列法、结构分析法、系统分析法是常用的方法。

规范指标法：根据相关规范建议的指标值进行预测的方法，是最常用的预测方法，尤其适用于缺乏多年历史数据的地区。

时间序列法：一种历史资料延伸预测，根据时间数列反映的过程和规律性，进行引申外推，预测其发展趋势的方法。该方法要求至少有十年以上的数据资料。

结构分析法：在统计分组的基础上，计算各组成部分所占比重，进而分析某一总体现象的内部结构特征、总体的性质、总体内部结构依时间推移而表现出的变化规律性。该方法是基于完整统计数据的预测防范。

系统分析法：把需水作为一个系统，对需水各要素进行综合分析。系统分析法包括明确目标、系统综合分析、建议数据模型、对系统评价等内容。[1]

2.工程实例

2.1.规划指标法

综合生活需水量变化性较为单一，与城市发展水平息息相关，目前综合生活需水量预测多采用规范指法。综合生活需水量包括居民日常生活需水量和公共建筑需水量，根据各地区的人民生活水平、用水习惯以及第三产业发展程度确定人均综合生活用水指标，工业用水等其他用水量可以采用综合生活用水比例法确定。

1.综合生活需水量预测

综合生活用水指标的确定一般结合《室外给水设计标准》（GB50013-2018）及当地水务部分公布的多年综合用水指标确定，北方某区域多年综合用水指标平均值为175升/（人·日），位于《室外给水设计标准》（GB50013-2018）指标范围内，2025年规划人口数为114万人，确定该区域综合生活高日需水量为19.62万m³/d。

2.工业需水量预测

工业需水量变化性比较大，除了与城市发展水平有关，生产工艺、节水政策等对工业用水量也产生较大影响。依据北方某区域2014~2021年用水量统计情况，工业用水量占综合生活用水量的比值为0.27~0.521。

表1.-1 北方某区域2014~2021年用水量统计情况

（单位：亿m³/a）

注：其中s为工业用水量与综合生活用水量的比值。

2021年工s值为0.424，2017~2021年最近5年s值为0.45，且2019~2021年最近三年s值呈逐年下降趋势，一部分原因受新冠病毒疫情影响，另一部分原因是由于全国范围内节约用水工作的开展，该区域不断推进“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水方针，并取得一定成效，因此近期至2025年s值为0.424，远期至2035年s值0.45（依据2014~2021年s值平均值计算得出）。由此确定该区域工业需水量为8.32 万m³/d。

考虑管网漏损及其他用水量确定，北方某区域总的需水量为33.53万m³/d。

2.2.时间序列法与结构分析法

时间序列法往往与结构分析法结合使用，通过分析区域现状一定时间序列内的用水量增长及用水组成结构，分析得出水量增长规律，从而确定规划需水量。北方某区域2014~2021年度的用水结构及水量增长情况见表2-1

表2-1 2014~2021年度北方某区域用水结构分析

单位：（亿m³/a）

由统计数据可以看出，除2014~2015年度总量成倍增长以外，2016~2021年该区域总用水量变化趋势平缓，2019~2021总用水量增长率整体呈上升趋势，达到甚至超过了新冠病毒疫情之前的数据，除去2015年的最高值和新冠病毒疫情影响情况，2014~2021年总用水量增长率平均值为25.6%，依据此种方法测算：该区域至2025年区域总需水量为24.7万m³/d。两种需水量预测结果显示，时间序列法与结构分析法需水量预测结果低于规划指标法。

3.结论

时间序列法与结构分析法（预测5年内水量）需水量预测结果低于规划指标法，若增加规划年限（增加至15年）需水量预测结果与规划指标法基本吻合。由此确定，对于规划期限较近的区域性需水量预测可以采取时间序列法与结构分析法，这样预测出的水量结果与实际情况更相符，但是对于规划期限长的区域性需水量预测，考虑用水量增长的不确定性，可以采用规划指标法。

但上文中提到的两个计算方法均需要有区域多年用水量数据作为支撑，对于建设空白区通常缺乏有效、长期的历史数据，从而需水量预测存在一定的局限性，可以采用区域规划指标法或者类似城市综合指标统计法。区域规划指标法，依据区域城市规划情况，不同用地性质选取不同的规范用水指标，但该方法由于规划可选取指标范围较大，尤其工业用水指标，存在一定的误差，因此可以采用类似城市综合指标统计法进行一定程度上的修正，使需水量预测结果更准确，为城市管网配置、泵站建设、水厂规模的确定提供依据。

参考文献：

[1]工业园区需水量预测方法研究，王茹雪，王鹏，内蒙古水利，2022.8.25.

[2]城市需水量预测方法与模型综述，董云程，周明等，软件导刊，2019.11.26.