基于恩格尔系数与霍夫曼系数的城市需水量预测

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1、基于恩格尔系数与霍夫曼系数的城市需水量预测水张志果1，邵益生1，徐宗学2（1.中国城市规划设计研究院，北京100037；100875）2.北京师范大学水科学研究院水沙科学教育部重点实验室，北京摘要：北京市生活用水量与恩格尔系数和工业用水量与霍夫曼系数的相关系数分别达到-0.78和0.95。基于这一事实，本文建立了基于恩格尔系数的生活用水量预测模型和基于霍夫曼系数的工业用水量预测模型，并以1998-2007年北京市的用水资料进行参数率定。结果表明，所建立的模型能较好地反映城市生活用水及工业用水的变化，其确定性系数分别为0.6

2、8和0.92，说明对工业用水的整体模拟要好于生活用水。对2020年北京市的城趋势，所建立的模型对于预测长期用水变化具有一定的参考意义。关键词：生活用水；工业用水；恩格尔系数；霍夫曼系数中图分类号：TV212.2文献标识码：A市用水预测表明，2020年北京市生活需水量约为14.52亿m3，工业需水量约为3.42亿m3，城市用水量总体呈下降1研究背景城市需水量预测是城市供水总体规划和工程规划的基础。长期以来，我国在用水需求的预测上———————————————————————————————————————————————［1

3、］一直过于“超前”，过去许多部门的预测结果都已经或即将被证明是明显偏大的。常规的预测方法有用水回归分析法、用水定额法、时间序列分析法和弹性系数预测法等，这些预测方法通常是先建立数据序列的统计模型，然后根据统计模型进行计算和预测。但由于城市需水量受地域、城市市政基础设施、工业类别及产值和人口等众多因素的影响，各影响因素与城市需水量之间存在着复杂的非线性关系，传统的预测模型无法很好地模拟这种非线性关系，使得城市需水量预测带有较大的不确定性。为减少这种不确定性，一些非线性理论，如混沌理论、灰色系统理论、神经网络理论、系统动力学方

4、法、粒子群算法、计量经济学方法等被引入到城市需水量预测中。非线性理论预测方法在一定程度上提高了预测精度，但由于这些方法一般为数据驱动模型，对驱动城市需水量变化的内在机制考虑不足，且受历史资料的限制较大。实际上，生活用水水平与居民的生活水平密切相关，而工业用水水平与城市的工业化程度关系紧密。已有的研究表明，世界城市生活用水量及工业用水量的增加与城市化的过程紧密相关［9-10］［6］［7］［8］［3］［4］［5］［2］，而居民生活水平的提高与城市工业化水平的提高则是城市化的两个重要表现。以北京市为例，生活用水量与恩格尔系数、工

5、业用水量与霍夫曼系数之间的相关系数分别达到-0.78和0.95———————————————————————————————————————————————，基于这一事实，本文选择表征居民生活水平的恩格尔系数与表征城市工业化水平的霍夫曼系数作为主要参数之一，同时考虑人口总量与工业总量等其它重要的用水影响因素，构建城市生活用水及工业用水的预测模型，并以北京市为例，分析模型的适用性。收稿日期：2009-04-27基金项目：北京市科委博士生论文资助专项（ZZ0932）作者简介：张志果（1983-），男，山东泰安人，博士，主要从事

6、水文预报及城市水系统研究。E-mail：zhangzhiguo910@gmail.com—1304—2模型建立城市生活用水包括居民生活用水和公共生活用水。研究表明，影响城市居民生活用水量的因素［11］可能包括水价和居民收入等因素，而水价和居民收入等经济因素是居民生活水平的表征。因此，用表征城市居民生活水平的恩格尔系数作为城市生活需水预测的变量具有一定的可行性。恩格尔系数源于恩格尔定律，是表征居民生活水平的重要指标。恩格尔定律是指食物在总支出中所占比重与家庭收入（或衡量家庭总资源的某种其他尺度）成反比，即食物开支的收入弹性小

7、于1。恩格尔系数是基于恩格尔定律的一个比值，即食物支出占全部生活消费支出的比重［12］。恩格尔系数的降低对生活用水具有两方面的作用：一方面，随着生活质量的提高，居民的家庭用水量不断增加，同时居民消费能力的增强使得城市服务业持续发展，从而导致城市服务业等公共生活用水量增加。另一方面，居民生活水平的提高会使得居民有机会接受更多的节水教育，居民的节水意识逐步增强，节水器具的使用率增加，从而使得居民生活用水量减少。此外，人口的增长和降水———————————————————————————————————————————————水

8、量也有重要影响。基于以上分析，建立城市生活用水量预测模型为?E??W??P?Qi=Q??i÷??i÷??i÷（1）è0?è0?è0?式中：QiR、Q0R分别为第i年和基准年的生活用水量（亿m3）；Ei、E0分别为第i年和基准年的城市居RR0αβγ［13］的变化对城市的生活用W0分别为第i年和基准年的城市