基于马尔可夫链的国内废水排放量预测

方国斌 李萍

摘 要：应用马尔可夫链对废水排放量进行动态预测.结果表明，马爾可夫链模型预测的数值与实际数值一致：2015年排水量处于478.5～587.5亿吨，高于652.9亿吨的可能性最大，2016年处于高于652.9亿吨的可能性最大.预测结果与实际废水排放量相吻合，说明用马尔可夫链模型来预测废水排放量是合理有效的.

关键词：马尔可夫链;废水排放量;转移概率矩阵;数值预测

[中图分类号]X502   [文献标志码]A

Abstract：The markov chain is used to predict the discharge of wastewater dynamically. The results show that the predicted value by Markov chain model is consistent with the actual value. The most likely in the probability of the drainage in 2015 is between 478.5 and 587.5 billion tons or above 652.9 billion tons， and in 2016 is above 652.9 billion tons. Therefore， it is reasonable and effective to use markov chain model to predict wastewater discharge.

Key words：markov chain;wastewater discharge;transfer probability matrix;numerical prediction

随着工业化发展加快，生活和工业用水量需求不断增长，污水排放量也随之增大，许多国家和地区开始密切注意对未来环境变化的预测.国外众多学者在废水排放量预测这一领域进行了大量的研究工作.早在1978年，美国就进行过一次全国性的水资源调查与预测工作，其调查结果成为制定相关政策的依据.Duarte E A，Neto L和Alegrias M[1]等人通过控制水污染物排放量来改善废水质量，对多处海域实施减少水污染物的行动.Banks P A[2]也以此为基础制定了多项环境保护策略，在改善水质上获取了满意的成果.Ahmed G E[3]和Yoshiaki T[4]利用神经网络模型和分析污染物排放原则，为预测废水排放量开辟了新的道路.Liu J[5]和Mohamed M[6]为探究废水排放量预测模型做了大量工作.国内学者曹连海和宋刚福[7]利用最小二乘回归法，研究各指标对污水排放量的影响效果.赵娇娟[8]对天津市的废水排放进行研究，提出水资源可持续利用的措施.李磊、潘慧玲[9]利用多元非线性回归预测模型预测我国废水排放量将在2015年达到最大值.孔亦舒和刘秀丽[10]预测中国近几年文化教育业、工业等的废水排放量较大.李颖[11]论证了马尔可夫预测法主要用于预测未来事件发生的概率的大小，并对环境发展方向进行说明.李小芳、孙宝盛[12]建立灰色模型和修正马尔可夫模型，预测2010-2015年天津市污水排放量.笔者根据1997-2016年的年废水排放量数据，结合马尔可夫链对历史废水排放量进行验证，并预测未来废水排放量的变化趋势，给城市排水系统的设计提供理论依据.

1 马尔可夫链理论

由表6可以预测：2015年的废水排放量处于478.5～587.5亿吨，高于652.9亿吨的可能性最大，概率为0.28;2016年的废水排放量高于652.9亿吨的可能性最大，概率为0.33.2015年和2016年实际的废水排放量分别为735.3亿吨和711.1亿吨，正处于预测状态，说明本文所建的马尔科夫链模型的预测结果与实际结果吻合.

根据已有的废水排放量数据对2017-2019年的废水排放量进行预测，结果见表7.

由表7可以得知，2017-2019年的废水排放量高于652.9亿吨的可能性最大，概率依次为0.39，0.44和0.5，且呈逐年上升趋势.

3 结论与建议

3.1 主要结论

本文运用马尔可夫链模型预测废水排放量，按照均值-标准差法划分1997-2014年废水排放量数据，并对2015年和2016年的废水排放量进行预测.结果显示，马尔可夫模型对废水排放量进行预测是可行的.

2017-2019年的废水排放量高于652.9亿吨的可能性最大，不仅给各大污水处理厂增添了净化负担，更加考验了废水处理设备的先进性.

3.2 建议

（1）废水排放量在接下来的几年里将呈现逐年上升的趋势，要合理区分不同行业、不同污水的类型，对不同的污水排放划分处理，针对不同的领域制定不同的排放标准.在严格执行国家生活污水处理政策的基础上，可根据实际情况制定地方生活污水排放标准和排放收费等.

（2）中水回用和废水零排放成为工业废水处理的一个主攻方向.我国工业企业用水效率不高，导致我国工业企业用水量大，因此，工业废水排放多，加剧了我国废水排放处理的困境.在水资源紧缺的背景下，提高工业用水效率，降低工业对水资源过量消耗成为时代发展的必然要求.对于持续增加的废水排放量，抓好工业节水，制定政策，鼓励和淘汰老旧的用水技术、工艺、产品和设备，完善高耗水行业取用水定额标准;采取改、扩建污水处理厂和提高净化技术来解决废水排放量增长的问题.

参考文献

[1]Duarte E A，Neto L，Alegrias M，et al. ''Appropriate technology''for pollution control in corrugated board industry-the Portugaese ease[J].Water Science and Technology，1995，3（2）：12-14.