基于灰色系統(tǒng)的COD排放量預(yù)測方法

來源：http://www.xfzhuw.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：2018-08-04

　　目前，我國水資源問題日趨嚴(yán)重，中國水資源現(xiàn)狀是總量比較豐富，但分布不均且人均占有量低;旱澇災(zāi)害頻繁，水資源供需不平衡;水資源利用率不高，污染比較嚴(yán)重。COD 作為表征水質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)，所以COD排放量一直被人們所重視。國家《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》中明確提出：到“十二五”末，全國的化學(xué)需氧量(COD)要比 2010年下降8%。因此，本文通過清河、凡河流域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對“十二五”末的COD排放量進行模擬預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測的結(jié)果提出相應(yīng)的解決措施。

　　1 研究背景與方法

　　1.1 研究背景

　　COD排放量包括工業(yè)COD和生活COD2部分，根據(jù)2005～2010年《鐵嶺市環(huán)境狀況公報》數(shù)據(jù)分析，近些年來在鐵嶺社會經(jīng)濟不斷發(fā)展的情況下，COD排放量得到很好的控制。在“十一五”期間對重點排污企業(yè)經(jīng)行關(guān)停并轉(zhuǎn)整治，COD排放總量從2007年起得到明顯的改善，工業(yè)及生活的COD排放量均有下降，全市通過工程治理、結(jié)構(gòu)調(diào)整和監(jiān)督管理3大措施，COD排放量實現(xiàn)“十一五”期間下降16.3%，2項減排指標(biāo)均完成“十一五”減排任務(wù)。

　　1.2 方法的選擇

　　對清河、凡河流域COD排放量的預(yù)測是環(huán)境績效評估和管理工作的基礎(chǔ)。流域COD減排量的預(yù)測，是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，采用適合的預(yù)測方法根據(jù)時間推斷出變化規(guī)律，由于各個方法的基礎(chǔ)理論的不同，預(yù)測方法可以分為5類：數(shù)理統(tǒng)計預(yù)測法、灰色系統(tǒng)理論預(yù)測法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測法、水質(zhì)模擬模型預(yù)測和混沌理論預(yù)測5種方法。表1從理論基礎(chǔ)、適用條件、對數(shù)據(jù)資料的要求以及方法應(yīng)用的難易程度4個方面對5類COD排放量預(yù)測方法進行綜合分析比較。

　　每種預(yù)測方法都有其自身的優(yōu)點和不足，建立清河、凡河流域COD排放量預(yù)測模型時必須考慮年COD排放量和待預(yù)測的歷史數(shù)據(jù)的特點、預(yù)測目的和預(yù)測期的長短，結(jié)合每年清河、凡河流域COD排放量的變化規(guī)律，篩選出適合該流域的預(yù)測方法。

　　清河、凡河流域的COD排放量系統(tǒng)就是一種灰色系統(tǒng)，它有已知信息部分，如2005～2010年的COD排放量，更有未知信息部分，如未來“十二五”期間2011～2015年的COD排放量。即使歷史的及未來的許多因素、變量，如經(jīng)濟、人口、污染源排放情況及污水處理廠建設(shè)情況等也是未知的或未確定的。于是在本文引入灰色系統(tǒng)常用的灰色GM(1，1)模型來對清河、凡河流域的十二五期間COD排放量進行預(yù)測。

　　1.3 基于灰色系統(tǒng)的COD排放量預(yù)測方法

　　1.3.1 灰色系統(tǒng)理論

　　“灰色理論”是以“部分信息已知，部分信息未知”的“小樣本”、“少信息”的系統(tǒng)為研究對象，通過對已有信息的分析、建模以及控制和優(yōu)化，從中提取有價值的信息，以完成對系統(tǒng)運行演化及行為規(guī)律的準(zhǔn)確描述并實施有效的監(jiān)控。該方法還采取了從總體到部分再由部分到整體的思路，能夠把宏觀和微觀結(jié)合起來，并從不同角度、不同方位來深入研究問題，有利于挖掘不確定系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律。GM(1，1)灰色系統(tǒng)理論認(rèn)為：灰色性極其具有廣泛性，系統(tǒng)的隨機性和模糊性是灰色性的2個不同方面的性質(zhì)，因此灰色系統(tǒng)理論能應(yīng)用于各個領(lǐng)域的研究。

　　1.3.2 灰色系統(tǒng)理論研究的基本方法

　　系統(tǒng)分析法有，如方差分析法、回歸分析法、主成分分析法等。其中，回歸分析法是應(yīng)用比較多的。

　　GM(1，1)灰色模型是系統(tǒng)分析法理論中提出的一種新的預(yù)測模擬方法，也叫系統(tǒng)灰關(guān)聯(lián)度法。是通過對各個指標(biāo)因素間的發(fā)展趨勢的差異后相似程度進行分析，最終求得各指標(biāo)因素間的關(guān)聯(lián)性?；谊P(guān)模型是分析發(fā)展態(tài)勢，對樣本的熟練要求較少，而且計算量較小，不會出現(xiàn)灰關(guān)聯(lián)度定量結(jié)果與定性分析不一致的情況?；疑碚搶㈦S機變量當(dāng)作一定范圍內(nèi)變化的灰量，將隨機過程當(dāng)作是在一定時間及空間區(qū)域變化的灰色過程。

　　1.3.3 GM(1，1)灰色預(yù)測模型概述及建立

　　目前應(yīng)用灰色模型進行預(yù)測時，最常用的是GM(1，1)模型。GM(1，1)灰色預(yù)測模型實際上是一種對單因素趨勢進行推斷的一種預(yù)測方法。以微分方程的形式表達出來，所揭示的是隨時間變化的COD排放量的連續(xù)過程。其基本思路是直接在歷史數(shù)據(jù)中尋找統(tǒng)計規(guī)律和概率分布規(guī)律的統(tǒng)計方法。

　　從數(shù)學(xué)的角度上看灰色預(yù)測的解，相當(dāng)于冪級數(shù)疊加，其中包含了一般線性回歸和冪級數(shù)回歸內(nèi)容，故灰色預(yù)測模型要比一般的線性回歸預(yù)測模型準(zhǔn)確，將非線性回顧和指數(shù)曲線之間擬合，也較確定性時間序列預(yù)測技術(shù)優(yōu)秀。但是此模型在進行預(yù)測時也存在一些不足之處，用這種模型進行預(yù)測的結(jié)果，精度較高的只有最近幾年的數(shù)據(jù)，越往后面幾年預(yù)測發(fā)展，結(jié)果的誤差就越大，該模型的預(yù)測意義就不存在了，其不適合于長期的數(shù)據(jù)預(yù)測。對此，在實際建模過程中，對此模型進行了改進，對該模型的預(yù)測結(jié)果進行殘差修正，并且結(jié)合殘差序列的周期性分析來修正模型， 從而將改模型的預(yù)測的精確度大大提高。

　　選用灰色預(yù)測模型預(yù)測2011～2015年COD排放量，那么以對COD排放量的預(yù)測，建立了預(yù)測模型。

　　1.3.3.1 原始數(shù)列

　　3 結(jié)語

　　應(yīng)用GM(1，1)模型對2005～2010年“十一五”期間清河、凡河流域COD排放總量數(shù)據(jù)進行趨勢分析以檢驗方法的準(zhǔn)確性，得到的檢驗結(jié)果誤差均在允許范圍內(nèi)，而后又對清河、凡河流域2011～2015年“十二五”期間COD排放總量進行了定量預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果可知，至2015年清河流域COD排放總量6014.7t，凡河流域COD排放總量436.72t，從預(yù)測出來的減排趨勢結(jié)果來看，COD減排量超額完成國家綱要中提出的在“十二五”期間COD排放總量削減8%的目標(biāo)。 　　參考文獻

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　　作者簡介：謝軼(1982-)，女，碩士。研究方向：從事水環(huán)境質(zhì)量綜合分析研究。

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