được. Mỗi khu vực này lại được chia thành một số loại (bảng 6.6.1). Hầu hết các dự báo sẽ sử dụng xấp xỉ 130 loại sử dụng nước khác nhau, với con số tối
đa là 284 loại sử dụng nước (Baumann, 1987).
H×nh 6.6.1
Các thành phần chính của hệ thống IWR -- MAIN (Bauann, 1987).
Mô hình sử dụng cho một khu vực đô thị cho trước phụ thuộc vào sự hiệu chỉnh của các phương trình kinh nghiệm dùng để tính sử dụng nước. Các ước tính sử dụng nước của một hoặc nhiều năm lịch sử được sử dụng cho phép hiệu chỉnh, trong đó, năm đầu tiên của chuỗi số liệu các ước tính sử dụng nước là năm cơ sở và các năm sau đó là các năm dự báo. IWR – MAIN tạo ra các sử dụng nước ước tính cho năm cơ sở và tất cả những năm lịch sử trong dự báo, và sau đó so sánh với sử dụng nước đã ghi lại để xác định các điều chỉnh cần thiết cho mô hình sử dụng nước. Ba phương pháp (hình 6.6.1) được sử dụng để dự đoán số liệu của tất cả các năm cơ sở đến số liệu của tất cả các năm dự báo: (1) sử dụng các dự báo bên ngoài đưa vào bởi người dùng; (2) sử dụng các mô hình phát triển tích hợp trong hệ thống; và (3) ngoại suy dữ liệu lịch sử cung cấp bởi người sử dụng. Thường thì, cả ba phương pháp được sử dụng; tuy nhiên, các cực trị phải được cung cấp để mô hình tự thiết lập các thông số sử dụng nước.
Các yêu cầu dữ liệu đầu vào phụ thuộc vào phương pháp dự báo được lựa chọn, với đầu vào tối thiểu cho một dự báo sử dụng nước là tổng dân cư
thường trú, tổng việc làm, thu nhập gia đình trung bình. Hình 6.6.2 trình bày các dữ liệu yêu cầu và các tiến trình để có được các ước tính sử dụng nước không tổng hợp.
Sử dụng nước được ước tính cho mỗi khu vực trong 4 khu vực chính:
dân sinh, thương mại/cơ quan, công nghiệp và công cộng/không tính được. Sử dụng nước nhà riêng đầu tiên được phân chia thành 4 kiểu nhà được liệt trong bảng 6.6.1, sau đó mỗi kiểu nhà được chia thành 25 khoảng giá thị trường.
TíNH Sử DụNG nước cho dân sinh. IWR – MAIN tính sử dụng nước dân sinh bằng các mô hình kinh tế thống kê. Các mô hình này nối sử dụng nước với giá nước và thu nhập.
Các phương trình nhu cầu nước dân sinh được sử dụng để ước tính sử dụng nước cho mùa đông, mù hè, trung bình năm và lớn nhất ngày cho mỗi loại nhà. Dự báo sử dụng nước dân sinh được tính bằng cách dự báo số dưon vị nhà cho mỗi khoảng của mỗi laọi nhà. Số đơn vị trong mỗi khoảng và mỗi loại
được nhân với sử dụng nước trung bình của mỗi đơn vị nhà. Các phương trình kinh tế thống kê được sử dụng khi không đưa vào các dự báo nhà ở theo kiểu và khoảng giá trị từ bên ngoài.
sử dụng nước NGOạI sinh hoạt. IWR – MAIN có thể nghiên cứu tới 280 loại sử dụng nước khác theo ba khu vực chính, đó là, công nghiệp, thương mại/cơ quan, và công cộng/không tính được. Sử dụng nước cho mỗi loại được dự báo bằng cách nhân số người lao động của loại đó với sử dụng nước bình quân mỗi người lao động trong một ngày. SIC trong hình 6.6.2 nghĩa là chuẩn phân loại công nghiệp. Sự phân loại của sử dụng nước thương mại và cơ quan, trong loại sử dụng nước công cộng/không tính được là các tổn thất của sự phân phối và của dịch vụ. Sử dụng nước dịch vụ được ước tính bằng cách sử dụng dân số thường trú như là thông số sử dụng nước với giá trị mặc định là 5.2 gallon/người/ngày. Các tổn thất của hệ thống phân phối có thể được ước tính bằng cách sử dụng dân số thường trú và giả thiết tổn thất 14.9 gallon/người/ngày hoặc tính như là phần trăm của tổng sử dụng nước dân sinh.
Các dự báo sử dụng nước cho các ngành khác yêu cầu phải có số liệu về người lao động cho mỗi năm dựa báo. Số người lao động có thể được: (a) dự báo trước bên ngoài sau đó được đưa vào hệ thống IWR – MAIN; (b) tạo ra bằng hệ thống IWR – MAIN dựa trên xu thế lịch sử của mỗi loại người lao
động; hoặc (c) tính từ các dự báo tổng số người lao động được cung cấp cho năm cơ sở và tất cả các năm dự báo. Hình 6.6.3 là biểu đồ so sánh giữa phương pháp bình quân đầu người với phương pháp IWR – MAIN áp dụng cho Anaheim, California. Cả hai dự báo được trình bày với trường hợp có và trường hợp không có sự bảo toàn.
H×nh 6.6.2
Qúa trình IWR -- MAIN để ước tính sử dụng nước (Dziegielewski, 1987).
Bảng 6.6.1
Phương pháp dự báo sử dụng nước của hệ thống IWR -- MAIN (Bauman, 1987)
Khu vực Loại sử dụng nước Phương pháp dự báo Dân có đồng hồ đo nước và
cống thoát
Các mô hình nhu cầu kinh tế thống kê
Dân sử dụng theo một tỉ lệ cố
định và có cống thoát Các mô hình yêu cầu đa hệ số Dân sử dụng theo một tỉ lệ cố
định và không có cống thoát Các mô hình yêu cầu đa hệ số D©n sinh
Các căn hộ có đồng hồ tổng Các mô hình yêu cầu đa hệ số
Thương mại/cơ quan
Có tới 50 loại sử dụng nước, xác định bằng các nhóm có mã
SIC 4 ch÷ sè
Phương pháp hệ số đơn vị sử dụng ( bình quân người lao động)
Công nghiệp
Có tới 200 loại sử dụng nước, hiện tại bao gồm 198 loại sản xuất, xác định bằng mã SIC 3 và 4 chữ số
Phương pháp hệ số đơn vị sử dụng ( bình quân người lao động)
Công cộng/không tính được
Có tới 30 loại sử dụng nước, ví dụ các tổn thất của hệ thống phân phối và các dịch vụ miễn phÝ.
Hệ số đơn vị sử dụng hoặc yêu cầu bình quân đầu người
H×nh 6.6.3
Sự so sánh giữa phương pháp bình quân đầu người và phương pháp IWR -- MAIN áp dụng cho Anaheim, California (Dziegielewski và Boland, 1989).
Tài liệu tham khảo
Baumann, D. D.: “Demand Management and Urban Water Supply Planning.” Proc. Am. Soc. Civ. Eng. Conf., the Role of Social and Behavioral Sciences in Water Resources Planning and Management, D. D. Baumann and Y. Y. Haimes, eds., May 1987.
Boland. J. J., Baumann, D. D., and B. Dziegielewski: An Assessment of Municipal and Industrial Water Use Forecasting Approaches, Contract Report 81-C05, U.S. Army Engineer Institute for Water Resources, Fort Belvoir, Va., 1981.
Boland, J. J., W, –S, Moy, R, C. Steiner, and J. L. Pacey: Forecasting Municipal and Industrial Water Use: A Handbook of Methods, Contract Report 83C-0l. U.S. Army Engineer Institute for Water Resources, Fort Belvoir. Va., July 1983.
Daniel, C, and F. S. Wood: Fitting Equations to Data, 2d ed., Wiley, New York. 1980,
Davis, W. U., D. Rodrigo, E, Opitz, B. Dziegielewski, D. D. Baumann, and J. Boland: IWR-Main Water Use Forecasting System, Version 5.1: User’s Manual and System Description, IWR — Report 88-R- 6. U.S. Army Corps of Engineers Institute for Water Resources, Fort Belvoir, Va., 1988.
Draper, N. R., and H. Smith: Applied Regression Analysis, Wiley, New York, 1981.
Dziegielewski, B.: “The IWR - MAIN Disaggregate Water Use Model.”
Proceedings of the 1987 UCOWR Annual Meeting, UCOWR Executive Director’s Office, Carbondale. Ill., August 1987.
Dziegielewski, B., and J. J. Boland: “Forecasting Urban Water Use: The IWR - MAIN model.” Water Resources Bulletin, American Water Resources Association, vol. 25, no. I, pp. 101—109, February 1989.
Dzurick, A. A.: “Water Use and Public Policy.” in Civil Engineering Practice 5/Water Resources/Environmental, P. N. Cheremisinoff, N.
P. Cheremisinoff, and S. L. Cheng. eds., Technomics Publishing Co., Inc., Lancaster, Pa, 1988.
Encel, S., P. K. Pauline, and W. Page, ed.: The Art of Anticipation:
Values and Methods in Forecasting, Pica Press, New York, 1976.
Fomhy, T. B., R. C. Hill, and S. R. Johnson: Advanrced Econometric Methods, Springer—Verlag, New York, 1988.
Intriligator, M. D.: Econometric Models, Techniques, and Applications, Prentice—Hall, Englewood Cliffs, N.J. 1978.
Judge, G. G., R. C. Hill, W. E. Griffths, H. Lutkepohl, and T. C. Lee:
introduction to the Theory and Practices Econometrics, Wiley, New York, 1982.
Judge, G. G., W. E. Griffths, R. C. Hill, H. Lutkepohl, and T. C. Lee: The Theory and Practices Econometrics, Wiley, New York, 1985.
Maidment, D. R. and E. Parzen: A Cascade Model of Monthly Municipal Water Use, Texas Engineering Experiment Station, Texas A&M University, College Station, 1981.
Maidment, D. R. and E. Parzen: “Time Patterns of Water Use in Six Texas Cities.” Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, vol. 110, no. 1, pp. 90—106, January 1984a.
Maidment. D. R. and E. Parzen: “Cascade Model of Monthly Municipal Water Use.” Water Resources Research, vol. 20, no. 1, pp. 15—23, 1984b.
Maidment, D. R., S.-P. Miaou, D. N. Nvule, and S. G. Buchberger:
Analysis of Daily Water Use in Nine Cities, Technical Report 201, Center for Research in Water Resources, The University of Texas, Austin, Tex., February 1985.
Montgomery, D. C., and E. A. Peck: Introduction to Linear Regression Analysis. Wiley, New York, 1982.
Neter, J., W. Wasserman, and M. H. Kutner: Applied Linear Regression Models, Irwin, Homewood, III., 1983.
Salas, J. D., J. W. Delleur, V. Yevjevich, and W. L. Lane: Applied Modeling of Hydrologic Time Series, Water Resources Publication, Littleton, Colo, 1980,
SAS Institute Inc.: SAS/STAT User’s Guide, Release 6.03 edition, Cary.
N.C. SPPS. Inc., SPPS* User’s Guide, 2d ed., Chicago, 1986.
U.S. Water Resources Council: Economic and Environmental Prenciples and Guidelines for Water and Related Land Resources Implementation Studies, Washington, D.C., U.S. Government Printing Office, March 1983.
BàI TậP
6.2.1 Dựa trên số liệu số liệu sử dụng nước của 16 năm đầu của thành phố Austin, Texas trong bảng 6.3.1, dự báo sử dụng nước từ năm 1981- 1985 sử dụng phương pháp bình quân đầu người và so sánh với số liệu sử dụng nước quan trắc.
6.2.2 Với vấn đề 6.2.1 sử dụng số liệu sử dụng nước của 15 năm, 1966-1980, dự báo cho thành phố Bastrop, Texas (trong bảng 6.P.1).
6.3.1 Dựa trên số liệu sử dụng nước bình quân năm của 16 năm đầu (1965- 1980) của thành phố Austin đã cho trong bảng 6.3.1, phát triển mô
hình chỉ sử dụng yếu tố thời gian là các năm để dự báo sử dụng nước từ 1981-1985.
6.3.2 Trong bốn yếu tố có khả năng tác động đến sử dụng nước của thành phố Austin là dân số (X1), giá nước (X2), thu nhập trung bình (X3) và lượng mưa hàng năm (X4), làm thế nào để xác định được hai yếu tố tốt nhất để sử dụng phát triển mô hình hồi quy tuyến tính có dạng phương trình (6.2.6)? Giải thích lý do và trình bày những tính toán cần thiết.
6.3.3 Hãy nghiên cứu dân số và thu nhập trung bình được bao gồm trong mô
hình dự báo sử dụng nước cho thành phố Austin sau,
0 1 1 2 2
Y a a X a X
trong đó Y = sử dụng nước năm, X1 = Dân số, và X2 = thu nhập trung bình. Xác định ba hệ số chưa biết (a0, a1, a2) bằng phân tích hồi quy sử dụng 16 năm số liệu đầu (1965-1980) ở bảng 6.3.1.
Bảng 6.p.1
Số liệu nhu cầu nước của Bastrop, Texas
Năm Dân số Giá
($/1000 gal)
Thu nhËp ($/người)
Lượng mưa năm (inche)
Sử dụng nước (ac-ft)
1966 3067 0,68 4592 30,0 472
1967 3078 0,66 4831 33,9 545
1968 3089 0,64 5156 56,7 453
1969 3100 0,61 5405 35,7 510
1970 3112 0,58 5342 34,7 578
1971 3173 0,78 5808 27,1 878
1972 3236 0,75 6121 33,5 546
1973 3301 0,71 6487 45,8 737
1974 3366 0,64 6669 42,5 739
1975 3433 0,59 6505 41,5 963
1976 3502 0,56 6973 53,3 809
1977 3571 0,52 6766 31,0 877
1978 3642 0,49 8161 34,0 1189
1979 3715 0,45 8470 43,7 919
1980 3789 0,69 8492 27,5 969
1981 4063 1.06 9137 52,7 518
1982 4326 1.00 8952 29,1 755
1983 4616 0,96 9049 37,7 784
1984 4927 0,93 9473 30,3 790
1985 5280 1.07 9449 37,2 816
6.3.4 Dựa trên mô hình dự báo sử dụng nước của vấn đề 6.3.3 cho thành phố Austin, dự báo sử dụng nước năm trong khoảng 1981-1985. So sánh độ chính xác của sử dụng nước dự báo bởi mô hình dự báo của 6.3.3 và mô hình dự báo phát triển trong ví dụ 6.3.1.
6.3.5 Lặp lại vấn đề 6.3.3 bằng mô hình có dạng như phương trình (6.2.7), nh sau,
0 1 1 2 2
lnY b blnX b lnX
trong đó Y = sử dụng nước năm, X1 = dân số, và X2 = thu nhập bình quân. Đồng thời, so sánh sự thực hiện của hai mô hình, một trong vấn
đề 6.3.3 và mô hình hiện thời đang xem xét.
6.3.6 Nghiên cứu một mô hình dự báo sử dụng nước có dạng như sau
0 1ln 1 2ln 2
Y c c X c X
trong đó Y = sử dụng nước năm, X1 = dân số, và X2 = thu nhập bình quân. Xác định các hệ số bằng phương pháp phân tích hồi quy và sử dụng số liệu 16 năm đầu (1965-1980) trong bảng 6.3.1.
6.3.7 Sử dụng số liệu nhu cầu nước hàng năm trong bảng 6.P.1 cho Bastrop, Texas để xác định các hệ số của một mô hình nhu cầu sử dụng nước năm có dạng như phương trình (6.2.6). Xem xét dân số (X1) và thu nhập trung bình (X2) như là hai biến phụ thuộc trong mô hình.
6.3.8 Lặp lại vấn đề 6.3.7 để xác định các hệ số của một mô hình nhu cầu sử dụng nước năm có dạng như phương trình (6.2.7).
6.3.9 Lặp lại vấn đề 6.3.7 để xác định các hệ số của một mô hình nhu cầu sử dụng nước năm có dạng như phương trình (6.2.8).
6.3.10 Sử dụng dân số (X1), thu nhập trung bình (X2) và mô hình dự báo nhu cầu nước tuyến tính
0 1 1 2 2
Y a a X a X
như trong vấn đề 6.3.3, phát triển một mô hình quy hoạch tuyến tính trong đó xác định a0, a1, và a2 bằng phương pháp cực tiểu hóa tổng các sai số tuyệt đối giữa giá trị đã dự báo và giá trị sử dụng nước quan trắc. Hơn nữa, giải mô hình LP, sử dụng số liệu 16 năm đầu (1965- 1980) trong bảng 6.3.1.
6.3.11 Lặp lại vấn đề 6.3.10 và thay đổi mục tiêu thành cực tiểu hóa sai số lớn nhất giữa giá trị sử dụng nước dự báo và quan trắc.
6.4.1 Giải ví dụ 6.4.1 sử dụng số liệu tháng của bốn năm cuối (1978-1981)
6.4.2 Giải ví dụ 6.4.2 sử dụng số liệu tháng của bốn năm cuối (1978-1981) 6.4.3 Giải ví dụ 6.4.3 sử dụng số liệu tháng của bốn năm cuối (1978-1981) 6.4.4 Giải ví dụ 6.4.4 sử dụng số liệu tháng của bốn năm cuối (1978-1981) 6.5.1 Qua mô hình kinh tế thống kê đã sử dụng trong ví dụ 6.5.1, tính các
thông số chưa biết trong các phương trình thu gọn, sử dụng số liệu 16 năm đầu (1965-1980) trong bảng 6.3.1.
6.5.2 Dựa trên mô hình dạng rút gọn đã phát triển trong vấn đề 6.5.1, xác
định các thông số cấu trúc trong mô hình kinh tế thống kê ban đầu của ví dụ 6.5.1.
6.5.3 áp dụng mô hình kinh tế thống kê đã phát triển trong vấn đề 6.5.2 để dự báo sử dụng nước năm và giá trong khoảng 1981-1985 dựa trên thông tin chứa trong bảng 6.3.1.
6.5.4 Pháp triển một mô hình kinh tế thống kê có dạng giống như trong ví dụ 6.5.1 dựa trên số liệu sử dụng nước 15 năm đầu (1966-1980) của Bastrop, Texas đã cho trong bảng 6.P.1.
CH¦¥NG
7
Các hệ thống Nước mặt