东平县工业用水预测与效益分析

宫俪芹，董 洁

（山东农业大学水利土木工程学院，山东 泰安 271000）

东平县地处泰安市西南部，东西相距55.5km，南北宽44km，总面积1340km2，多年平均地表水资源量为20371万m3，地下水资源量为20606万m3，重复计算量7520万m3。县境内有大清河横贯东西流入东平湖，把东平县分为黄淮两个流域。东平湖作为汶河水系的水流汇集中心，同时也作为黄河的蓄洪水库和南水北调工程向鲁北和胶东供水的枢纽地点[1]。2005—2017年工业增加值呈现出上涨趋势，工业用水量总体呈上升趋势，而东平县用水总量基本维持不变。

1 工业用水量预测

工业用水是城市用水的重要组成部分，用水量的多少取决于各类行业的生产方式、用水管理水平、生产设备技术水平以及自然条件等，同时也取决于地区的工业化水平[2]。目前，进行工业用水预测的方法主要有3种，灰色模型法、相关法、用水定额法。

1.1 灰色模型法

目前，只存在一个变量的一阶灰色模型GM（1，1）计算简便、应用范围较广，可用于预测工业用水量。GM（1，1）被广泛用于科学研究中，为各种领域的发展起到积极的指引作用[3]。GM（1，1）模型可将无规律的历史实测用水量数据进行累加，生成一组呈指数变化的有规律的数据，将该指数微分方程求出即为建立的预测模型[4]。

利用GM（1，1）模型进行建模。设已知的工业用水量数据系列为x0=（x0（1），x0（2），…，x0（n）），另外设x1（2），…，x1（n））为x0的一阶累加序列。其中，x1的均值生成序列：z1（k）=x1（k-1）/2+x1（k）/2（k=2，3，…，n）。

根据灰色模型理论对建立关于t的一元一阶微分方程：

根据方程进行累减还原可得工业用水量预测的模型：

2010年东平县的工业用水量发生突变，2010年之后用水量数据变化平缓，采用2010—2017年的工业用水量数据序列代入模型，结果见表1。

由表1可知，采用2010—2017年的数据序列进行拟合的结果误差较小，各年的相对误差差别不大，平均误差为4.986%。实测值与拟合值的相关系数达到了0.96，精度较高，这也表明利用灰色模型进行用水量预测的效果较好。利用该模型预测2025年东平县工业用水量为2.696亿m3。

表1 东平县2010—2017年工业用水量灰色预测结果

1.2 相关法

建立工业用水量与工业增加值的相关关系，通过分析以往的用水量与工业增加值数据，预测未来工业用水量。多项式公式：

M=1nN+c

其中：M为工业用水量，亿m3；N为工业增加值，亿元；c为常数。

依据现有资料数据，代入上述数学模型，求得工业用水量与工业增加值的拟合多项式。

1.3 定额估算法

对东平县用水量资料进行统计分析，获得万元工业增加值用水量经验数据，再由预测年份的工业增加值计算工业用水量。预测公式为：

W=R×G

式中：R为工业万元增加值用水量，m3/万元；W为工业用水量，m3；G为工业增加值，万元。

若按照最严格水资源管理制度的指标万元，工业增加值用水量到2025年降低到9m3/万元左右。按模型推测的2025年工业增加值为454.6亿元计算，2025年工业用水量为4.09亿m3。

利用灰色模型法进行工业用水预测的精度较高，预测结果接近近几年实际用水量，相关法与定额估算法预测的用水量比灰色模型法高，原因是相关法受极端年份用水量数据影响较大，定额估算法根据控制指标求出，受指标影响较大，与实际情况可能存在较大差别。

2 工业用水效益分析

解决水资源短缺的一个重要手段是工业节水，其核心内容是提高工业节水效益。所谓工业增加值，是指工业企业在报告期内以货币形式表现的工业生产活动的最终成果；是生产过程中工业企业新增的价值[6]。可通过比较工业增加值与万元工业增加值的增长率，确定工业用水效益。2006—2017年东平县工业企业的工业增加值与工业用水量变化数据见表2。

表2 工业用水量与工业增加值变化情况

根据泰安市水资源公报的统计资料，东平县2006—2017年工业用水量的平均值为1.24亿m3，平均增长率为53.86%，工业增加值的平均值104.42亿元，平均增长率为12.87%。工业用水量的平均增长率远远大于工业增加值的增长幅度，除个别年份外，工业用水量的增长率远小于工业增加值的增长率，因此东平县目前的工业用水节水效益良好。

3 工业节水措施

3.1 节约用水量，提高重复利用率

加强对水资源的回收利用,减少耗水量。例如：东平县较大的企业瑞星集团采用新型冷凝设备增加换热强度，水的循环利用率可达到96.3%，一方面大大减少了新水量，另一方面减少了污水的排放总量。东顺集团采用进口大型设备生产，吨纸耗水3.67m3/t，而目前《山东省重点工业产品取水定额》规定生活用纸用水定额为19m3/t，山西省为 30m3/t，广东省为 30～50m3/t，据此比较，节水效益显著。

3.2 遵守规章制度，加强用水计量管理

生产装置、公用配套工程的用水采用分别计量、考核；定期开展水平衡测试，查清用水过程中存在的问题，强化计量管理，实行在线监测，为水资源管理与科学调度提供依据；严格执行《企业计量管理办法》和《经济指标统计管理办法》，加强各用水指标的计划监督、过程控制、结果考核，按照《生产经济责任制》的相关规定，依靠各种约束机制保证各生产环节的用水管理工作有序运作，真正实现节约高效的目的。

4 结语

东平县实行最严格水资源管理制度控制指标，首先是确立水资源开发利用控制红线，根据“泰安市水利和渔业局关于印发泰安市用水总量控制指标的通知”，东平县用水总量控制指标为18820万m3，地下水用水总量控制指标12100万m3。目前东平县工业用水总量均控制在指标之内。确定用水效率控制红线，泰安市对各县（市、区）用水效率制定了控制指标，其中东平县用水效率控制指标为万元工业增加值取水量13.7m3/万元，东平县2006—2017年数据资料中，大部分年份均控制在指标之内。依据统计分析数据资料，东平县目前工业用量及用水效益总体来说情况良好，但仍有上升的空间。工业用水预测量可为制定用水计划，建立用水定额提供依据，便于实现水资源综合管理目标以及经济管理责任制实行。