基于多智能体的城镇家庭用水量模拟预测分析-水利学报.pdf

水 利 学 报 2015年12月 SHUILI XUEBAO 第46卷 第12期 文章编号：0559-9350（2015）12-1387-11 基于多智能体的城镇家庭用水量模拟预测分析 1，2 1，2 1，2 1，2 1，2 金菊良 ，崔 毅 ，张礼兵 ，周玉良 ，吴成国 （1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009； 2. 合肥工业大学 水资源与环境系统工程研究所，安徽 合肥 230009） 摘要：提出了基于多智能体的城镇家庭用水量模拟模型（MA-UHWDS），通过构造不同发展情景，对家庭用水量 变化趋势及其影响因素进行了分析。以青岛市为实证城市，采用2003—2012年统计资料，计算分析了居民用水 边际消费倾向、基本用水需求和不同收入户人均用水量，并对不同情景下2013—2022年各类收入户人均用水量 和城镇家庭用水总量进行了定量模拟预测分析。结果表明：2003—2012年中，城镇家庭平均水费支出占总消费 支出的比重仅为0.395%，易造成居民节水意识淡薄，最低收入户人均用水量除2008年外均低于基本需水量，而 最高收入户平均超过基本需水量 14.16m ，水价改革需综合考虑低收入家庭的支付能力和高收入家庭的过度用3 水；2022年7类收入户在水价高增长收入低增长情景下的人均用水量与在水价低增长收入高增长情景相比下，分 别减少了 16.7 %、18.4 %、18.1%、16.1%、15.0 %、17.8 %和 13.8 %，水价和收入会明显影响家庭用水量。 MA-UHWDS为区域用水总量调控提供了新的研究思路和工具。 关键词：城镇家庭用水量；用水总量控制；模拟预测；多智能体建模；扩展线性支出系统 中图分类号：F407.9 文献标识码：A doi ：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 随着中国经济的快速发展和城镇化进程的不断推进，城镇家庭用水需求增长迅速，致使城镇水 ［1］ 资源短缺问题日显突出 。2011年，“中央一号文件”正式提出在全国推进实施最严格水资源管理制 度。家庭生活用水作为城镇用水的重要组成部分，揭示其变化规律及影响因素将有助于全面实现“用 水总量红线”的控制目标和城镇水资源的合理利用，可为城镇水资源系统的可持续发展提供必要的管 ［2］ ［3］ 理决策依据。家庭用水量的模拟分析方法目前主要有计量经济学理论 、恩格尔系数法 、系统动力 ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ 学方法 、自组织法 、神经网络理论 和蚂蚁算法 等。上述方法的物理解释能力通常较弱，有些 仅从统计规律的角度去理解系统要素间的相互联系，在建模过程中往往忽略了系统各要素的主动 ［8-10］ 性，即把系统中各体单纯地看作被动的部件，容易造成模拟结果与实际情况偏差较大 。此外，由 ［11］ 于受人员构成、收入水平以及教育程度等因素影响，家庭用水具有一定的随机性 ，准确刻画家庭 用户在用水过程中的随机行为将更便于反映真实状况，为科学制定用水政策奠定坚实基础。 进入21世纪以来 ，复杂适应系统理论为研究自然、社会中一系列复杂现象提供了有效途 径［12-13］，以它为基础的多智能体建模方法（Agent-basedModelling，ABM）强调自下而上、从微观到宏 观这一建模方法论，它将系统中各要素抽象成为具有一定主动性、适应性和独立性的主体（智能 收稿日期：2015-02-09；网络