衢州市社会经济系统及水环境系统预测

衢州市社会经济系统及水环境系统预测韩巧欠（山西省水利水电科学研究院，山西太原030002）摘要：对衢州社会经济系统和水环境系统内部各个子系统进行描述,并按照社会经济系统和水环境系统的整体性与层次性，建立衢州水环境与社会经济发展预测模型,对衢州段流域随着经济的发展污染物排放量做出预测。关键词：人口子系统；人口总量；社会经济系统；污染负荷；水环境中图分类号：TV212文献标识码：B1、问题的提出衢州市位于浙江西部，钱塘江上游，南接福建，西连江西，北邻安徽，省内与杭州、金华、丽水三市相衔。衢州市是浙西的交通枢纽和政治、经济、文化中心，是浙江省重要的工业生产基地。钱塘江流域衢州段为衢州地区的经济发展和人民生活提供了大量的水资源，并接纳了区域的工业点源污染和生活污染物。衢州地区的工业多集中在城市、城镇及其周边地区，加之沿江城市众多人口产生的生活废水基本未经任何处理直接外排，所以形成污染比较严重的断面均在沿江城市附近。特别是工业比较集中的城市，衢州市区段，从污染源分析看，衢州市区是整个衢州地区污染负荷最大的区域，其排放的COD和氨氮占整个衢州地区的47.6％和33％。衢州市区由于城市化加速和经济发展迅速，工业污染源和生活污染源排放量都比较大，所以形成污染比较严重的断面均在这些区域，特别是工业比较集中的河段下游。对流域的污染物排放量状况进行有效预测是正确进行衢州地区污染物总量控制方案的制定、社会经济发展布局和经济社会可持续发展的有效依据。2、人口子系统预测衢州未来年份的人口变化情况对流域社会经济的可持续发展有着重要的现实意义。本部分主要预测流域人口总量及人口构成。2.1人口总量预测对于一个流域系统来说，人口总量（POP）的变动情况受出生、死亡、以及社会迁移现象（如上学、毕业分配、入伍、复员、工作变动）粮食供应、水资源量、水环境污染、经济总体发展水平、计划生育政策等因素的影响。这些众多因素之间的结构关系难以准确描述，其对人口的增长作用更是难以精确计算，所以人口系统具有明显的灰色性，在本研究中将采用灰色动态方法对人口总量进行预测。（1）人口总量（POP）的GM(1,1)模型的建模原理[1]①设原始数据系列为：)(),......2(),1()0()0()0()0(NXXXX，对原始数据系列做一次累加(1…AGO)生成序列)(,......),1()1()2()1()1(NXXXX，其中：ikkiXX1)0()1(②按照)1(iX的指数增长规律，可知)1(iX满足下列一阶线性微分方程：uaXdtdX)1()1((1)其中，a、u为待定参数。③参数估计：记uaA待定。对(1)式进行离散化处理，构建ＹＮ矩阵及Ｂ矩阵，使用最小二乘法求出A的近似解，令：)(...)3()2()0()0()0(NXXXYN，1)(()1((21......1))3()2((211))2()1((21)1()1()1()1()1()1(NXNXXXXXBNTTYBBBuaA1)(将近似值代入原微分方程：uaXdtdX)1()1(其时间响应函数为：aueauXkXak))1(()1()0()1((2)对(2)式求导得还原计算模型：akeauXakX))1(()1()0()0((3)④模型精度检验及还原检验根据(2)式模型计算值)().......2()1()1()1()1()1(Nxxxx、与累加系列值)(,......),1()1()2()1()1(NXXXX，对模型进行精度检验。由模型计算值与原始序列值，计算残差值与误差值，对模型进行还原检验。2.2城市人口预测⑴城市人口预测模型城市人口预测仍采用GM(1,1)模型预测，城市人口总量(UPOP)的GM(1,1)模型的建模原理与人口总量（POP）的GM(1,1)模型的建模原理完全相同。2.3农村人口预测⑴城市人口预测模型按下式计算农村人口数量：UPOPPOPAPOP式中：APOP—农村人口。2.4衢州人口预测及精度检验2001-2005衢州市人口统计意见表见表1表1近年来衢州人口量统计数据单位：万人地区2001年2002年2003年2004年2005年总量城市总量城市总量城市总量城市总量城市衢州市区79.5718.1979.9918.6979.9918.9580.2318.9580.5919.17常山县31.963.9832.124.0932.224.1532.334.1932.464.21开化县34.063.9434.174.0734.284.0934.364.1534.284.14龙游县40.45.8440.495.9840.696.0840.726.140.596.14江山市56.617.2856.797.856.978.0757.198.4157.698.69根据上述方法建立衢州人口计算模型，流域各市县a、u参数取值如表2：表2衢州人口计算模型参数及利用模型计算2001-2005人口平均误差地区au平均误差（%）总量城市总量城市总量城市衢州市区-0.0025-0.007679.589018.51520.0710.058常山县-0.0035-0.009531.94504.04240.0450.015开化县-0.0012-0.006634.14994.03300.0160.011龙游县-0.0008-0.008240.52395.92770.0130.020江山市-0.0051-0.036556.29797.38840.1230.120利用模型反算2001-2005年人口的平均误差也见表2计算结果平均误差均小于5％，能满足计算精度的要求。衢州市2010.2015.2020人口预测情况见表3表3衢州人口总量预测结果单位：万人地区2010年2015年2020年总量城市农村总量城市农村总量城市农村衢州市区81.6019.9761.6382.6320.7561.8883.6721.5562.12常山县33.084.4428.6433.674.6629.0134.204.8929.31开化县34.564.3130.2534.774.4530.3234.974.6030.37龙游县40.856.4334.4241.026.7034.3241.196.9834.21江山市59.2410.6348.6160.7812.7648.0262.3415.3147.033、工业子系统工业输出污染物的排放影响流域水环境质量。工业总产值计算模型：根据我国处于社会主义初级阶段，经济呈指数增长的特性，应用GM（1，1）模型既简单又可行，所以本预测采用GM（1，1）模型。近年来衢州历年工业总产值统计情况见表4表4衢州历年工业总产值单位：亿元地区2001年2002年2003年2004年2005年衢州市区45.3154.4460.1478.35121.1常山县19.0724.8729.4236.152.47开化县6.959.9212.2016.3922.79龙游县6.327.19.1111.6115.31江山市11.7415.3518.8626.3937.71由GM（1，1）预测模型计算得衢州各预测年工业总产值，结果见表5表5衢州工业总产值预测结果单位：亿元地区2010年2015年2020年衢州市区154.558197.259251.758常山县66.96685.468109.081开化县29.08637.12347.379龙游县19.54024.93831.828江山市48.12961.42678.3964、污染物排放预测在衢州市宏观经济中，考虑到目前乡镇企业的迅速发展，而绝大多数的乡镇企业没有污水处理措施，对环境造成了极大的影响。故本预测模型对生活和工业污染物的排放量分别进行了预测。单一污染物的排放量采用系数法，即用部门的万元产值排污量及人均污染物日排放量进行预测。4.1生活污染负荷预测模型[2]生活源预测年度污染物排放负荷量由下式计算：3.65PCnnnN式中：nN—n子区预测年生活源污染物排放负荷量，t/a；nC—预测年生活源污染物日排放量，g/(人.天)；nP—n子区预测年人口数，万人。城镇生活源污染物日排放量是根据城市规划、各城镇生活污水的排放形式、特点，参考〈给排水设计手册〉而定。城市生活污染物COD日排放量为60g/(人.天)，NH3N日排放量为10g/(人.天)。农村生活污染物的日排放量根据各区域农村生活水平及生活污水排放方式确定。农村生活污染物COD日排放量为40g/(人.天)，NH3N日排放量为10g/(人.天)。4.2工业污染物排放预测模型[2]工业污染物年度排放负荷采用下式计算：nnXnIPP式中：nI—预测年度n子区工业污染物排放负荷量，t/a;nX—预测年度n子区产值，万元；nPP—预测年度工业万元产值排污量，t/万元.农村乡镇企业万元产值排放污染物量根据有关资料作了一定的修正。4.3废污水排放负荷预测模型废污水排放量由下式计算：nnINQn式中：nQ—n子区预测年污染物排放负荷量，t/a；nN—n子区预测年生活源污染物排放负荷量，t/a；nI—预测年度n子区工业污染物排放负荷量，t/a。4.4浙江省钱塘江流域衢州境内污染负荷预测钱塘江流域衢州境内各区污染物预测结果见表5。表5钱塘江流域衢州境内污染物预测结果表（单位：t/a）地区允许排放量2010年2015年2020年CODcrNH3NCODcrNH3NCODcrNH3NCODcrNH3N衢州市区254601621345805760394106570455407600常山县8172659144802420166102770192803220开化县7927619107001780116201940127802130龙游县6824252110601840116901940124602070江山市8492393181703030199503330221203690注：允许排放量摘自杭州市环境保护局《水环境容量研究报告》从以上预测结果可以看出钱塘江流域衢州段污染物排放量非常严峻，特别是随着社会经济的发展，污染物的排放量进一步加剧，这就要求调整产业结构并采取相应的污水处理措施，削减污染物的排放量，使流域的污染物排放量达到流域水质的要求，以满足社会经济的可持续发展。5、结语本文运用灰色动态方法对钱塘江流域衢州地区的人口、经济发展水平做出预测。通过精度检验，预测结果是科学合理的。在此基础上对生活和工业污染物分别采用系数法预测单一污染物CODcr和氨氮未来年份的污染物排放量，为污染物总量控制方案的研究和水环境容量与社会经济发展关系的研究提供了依据。参考文献：[1]汪树玉，刘国华.系统分析[M].杭州：浙江大学出版社，2002:89-93，152-156.[2]许新宜，王浩，甘泓.华北地区宏观经济水资源规划理论与方法[M].郑州：黄河水利出版社，1997：187.作者简介：韩巧欠，女，1979年生，2007年毕业于浙江大学水文学及水资源专业，获硕士学位，助理工程师。[收稿日期：2008-12-30修回日期：2009-02-04]ThePredictionofSocialEconomicSystemandWaterEnvironmentSysteminQuzhouCityHANQiao-qian(ShanxiWaterConservancyScienceInstituter，TaiYuan,ShanXi030002,China)Abstract:Inthispaper,theinternalsubsystemsofsocialeconomicsystemandwaterenvironmentsysteminQuzhouCityaredescribed.Meanwhile,accordingtotheintegrityandhierarchyofsocialecono