Kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước ( Đại học Quốc gia Hà Nội ) - Chương 6

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

80
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dự BáO NHU CầU DùNG NƯớC 6.1. Sử DụNG NƯớC Và Dự BáO Sử dụng nước có thể chia thành hai nhóm, nhóm ngành tiêu thụ nước, trong đó một phần nước lấy từ các nguồn nước tự nhiên như nước mặt hay nước ngầm không thể sử dụng được nữa bởi nó bị bốc hơi, do thoát hơi nước của thực vật, đưa vào các sản phẩm công nghiệp và sản phẩm nông nghiệp, hoặc sử dụng bởi con người và vật nuôi. Và nhóm ngành lợi dụng nước, trong đó nước là phương tiện cho một mục đích...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật và quản lý hệ thống nguồn nước ( Đại học Quốc gia Hà Nội ) - Chương 6

PhÇn 2 Kü thuËt Vµ Qu¶n lý cÊp níc 223
230
CH¦¥NG 6 Dù B¸O NHU CÇU DïNG N¦íC 6.1. Sö DôNG N¦íC Vµ Dù B¸O Sö dông níc cã thÓ chia thµnh hai nhãm, nhãm ngµnh tiªu thô níc, trong ®ã mét phÇn níc lÊy tõ c¸c nguån níc tù nhiªn nh níc mÆt hay níc ngÇm kh«ng thÓ sö dông ®îc n÷a bëi nã bÞ bèc h¬i, do tho¸t h¬i níc cña thùc vËt, ®a vµo c¸c s¶n phÈm c«ng nghiÖp vµ s¶n phÈm n«ng nghiÖp, hoÆc sö dông bëi con ngêi vµ vËt nu«i. Vµ nhãm ngµnh lîi dông níc, trong ®ã níc lµ ph¬ng tiÖn cho mét môc ®Ých nµo ®ã. Nhãm ngµnh tiªu thô níc bao gåm ®« thÞ, n«ng nghiÖp, c«ng nghiÖp vµ khai th¸c má. Nhãm ngµnh lîi dông níc gåm cã sö dông níc trong dßng ch¶y nh lµ thñy ®iÖn, vËn t¶i vµ gi¶i trÝ. Tõ gãc nh×n kinh tÕ, chóng ta cã kh¶ n¨ng lín nhÊt trong viÖc m« h×nh hãa c¸c h×nh thøc tiªu thô níc. C¸c h×nh thøc tiªu thô níc ®îc m« h×nh hãa b»ng c¸c hµm tæn thÊt vµ c¸c h×nh thøc lîi dông níc ®îc m« h×nh hãa b»ng c¸c hµm s¶n lîng. Sö dông níc nãi ®Õn lîng níc sö dông ®Ó ®¹t ®îc c¸c môc ®Ých kh¸c nhau, nh vËy nã lµ mét kh¸i niÖm miªu t¶. Nhu cÇu dïng níc lµ danh môc cña c¸c lîng níc ®îc ngêi sö dông níc sö dông trong mçi ®¬n vÞ thêi gian cho mét gi¸ níc cô thÓ, nã lµ mét kh¸i niÖm ph©n tÝch. Sö dông níc cho ®« thÞ cã thÓ ®îc chia thµnh c¸c lo¹i nh cho nhµ riªng (nhµ vµ c¨n hé), th¬ng m¹i (kinh doanh vµ cöa hµng), c¬ quan (trêng häc vµ bÖnh viÖn), c«ng nghiÖp, vµ c¸c lo¹i kh¸c (c«ng viªn níc, bÓ b¬i, cøu háa). §èi víi sù ph©n phèi níc cho c¸c lo¹i sö dông níc nµy (hoÆc c¸c lo¹i tiªu thô níc), ph¶i ®îc thªm vµo tæn thÊt do sù rß rØ cña hÖ thèng ph©n phèi níc ®Ó quyÕt ®Þnh lîng níc xö lý (hoÆc s¶n xuÊt); sau ®ã, thªm vµo lîng níc hao phÝ do c¸c qu¸ tr×nh xö lý, tõ ®ã tÝnh ®îc lîng níc lÊy tõ tÊt c¶ 231
c¸c nguån níc, hoÆc lîng níc cÊp, cho thµnh phè. Kh«ng gièng nh níc sö dông trong n«ng nghiÖp, n¬i mµ níc lµ ®Çu vµo cña mét hÖ thèng s¶n xuÊt, níc sö dông cho ®« thÞ phÇn lín lµ ®¸p øng nhu cÇu cña con ngêi mµ kh«ng cã mét hÖ qu¶ kinh tÕ trùc tiÕp. Níc sö dông cho ngµnh c«ng nghiÖp nhÑ n»m trong lo¹i níc sö dông cho ®« thÞ, nhng mét sè ngµnh c«ng nghiÖp cÇn nhiÒu níc nªn cÇn ®îc nhËn biÕt vµ nghiªn cøu riªng. Quan träng nhÊt trong nh÷ng ngµnh nµy lµ níc lµm l¹nh cho nhµ m¸y ph¸t ®iÖn dïng h¬i níc. Mét sè ngµnh sö dông nhiÒu níc kh¸c lµ läc dÇu, hãa chÊt vµ s¶n xuÊt thÐp, dÖt, s¶n xuÊt thøc ¨n, nghiÒn vµ c¸c nhµ m¸y giÊy. Níc sö dông cho n«ng nghiÖp gåm cã níc dïng cho tíi ruéng vµ cho ch¨m sãc ®éng vËt, cho ®éng vËt uèng. Tíi dïng nhiÒu níc nhÊt, cã thÓ ®îc ph©n lo¹i thµnh tíi ngËp, tíi phun, vµ tíi nhá giät, tïy thuéc vµo ph¬ng ph¸p sö dông. Kh¶ n¨ng qu¶n lý vµ vËn hµnh c¸c nhµ m¸y cung cÊp níc ®· cã vµ sau ®ã lµ lËp kÕ ho¹ch vµ thiÕt kÕ c¸c nhµ m¸y cung cÊp níc míi liªn quan ®Õn kh¶ n¨ng m« t¶ níc sö dông cho hiÖn t¹i vµ t¬ng lai. Thêi ®o¹n dù b¸o cã thÓ lµ giê, ngµy, tuÇn, th¸ng, hoÆc n¨m, phô thuéc vµo vÊn ®Ò cô thÓ. Dù b¸o nhu cÇu dïng níc thêng lµ dù b¸o níc sö dông trong t¬ng lai dùa trªn níc sö dông tríc ®ã vµ kinh tÕ x· héi, c¸c th«ng sè thêi tiÕt cña qu¸ khø, sö dông níc hiÖn t¹i. Nhu cÇu dïng níc hoÆc sö dông níc cã thÓ biÕn ®æi h»ng giê, h»ng ngµy, h»ng th¸ng, h»ng mïa vµ h»ng n¨m. H×nh 6.1.1 minh häa sù ph©n phèi theo thêi gian cña lîng níc sö dông cña ba thµnh phè cña Mü. C¸c thµnh phè kh¸c nhau cã c¸c nh©n tè kh¸c nhau ¶nh hëng ®Õn sù sö dông níc. Austin, Texas (h×nh 6.1.1a) cho thÊy sù biÕn ®æi theo mïa cña sö dông níc t¬ng tù nhau. Boca Raton, Florida (h×nh 6.1.1b) cho thÊy sù biÕn ®æi theo mïa Ýt h¬n so víi Austin, Texas; tuy nhiªn, cã sù ph¸t triÓn theo thêi gian trong sè liÖu cña Florida. Xu híng cña Allentown, Pennsylvania (h×nh. 6.1.1c) l¹i kh¸c; xu híng ph¸t triÓn râ rµng ®Õn kho¶ng 1976 – 1977, sau ®ã gi¶m ®i, ®iÒu nµy cã thÓ ph¶n ¸nh c¸c xu thÕ kinh tÕ vµ xu thÕ d©n c trong bang. TÊt c¶ c¸c nguån cung cÊp níc hÇu nh ®îc lÊy tõ hai nguån: níc mÆt (vÝ dô: s«ng, suèi, hå…) vµ níc ngÇm. Ngêi ta íc lîng hµng ngµy cã h¬n bèn ngh×n tØ gal«ng (t¬ng ®¬ng kho¶ng 150 tû m3, 1 gallon = 0,00378533 m3) gi¸ng thñy r¬i trªn 48 bang gi¸p nhau. Níc Mü sö dông kho¶ng 450 ®Õn 700 tØ gal«ng mçi ngµy (1,7 tû ®Õn 2,6 tû m3) tøc lµ kho¶ng h¬n 10% tæng lîng gi¸ng thñy (Dzurick, 1988). PhÇn lín lîng gi¸ng thñy tæng céng, kho¶ng 65%, trë l¹i khÝ quyÓn bëi bèc h¬i vµ sù tho¸t h¬i níc cña c©y. XÐt vÒ tæng thÓ tÝch cña níc mÆt vµ níc ngÇm cã thÓ dïng ®îc, Mü cã thÓ ®îc coi lµ mét quèc gia nhiÒu níc. Dù b¸o lµ mét íc lîng c¸c tr¹ng th¸i t¬ng lai cña mét th«ng sè, nã cã bèn biÕn sè: sè lîng, chÊt lîng, thêi gian vµ kh«ng gian. Trong dù b¸o nhu cÇu dïng níc, th«ng sè quan träng cã thÓ lµ lîng níc sö dông trung b×nh ngµy, lîng níc sö dông nhiÒu nhÊt ngµy, vµ c¸c th«ng sè kh¸c. Trong thiÕt 232
kÕ vµ lËp kÕ ho¹ch cña dù ¸n níc, c¸c nh©n tè quan träng nhÊt quyÕt ®Þnh chi phÝ dù ¸n lµ lîng níc cÇn ®Ó tr÷, xö lý, ph©n phèi, vµ lîng níc th¶i cÇn ®îc thu gom, xö lý vµ lo¹i bá mçi n¨m. §Æc tÝnh, kÝch thíc, vµ thêi gian ho¹t ®éng cña c¸c nhµ m¸y níc trong t¬ng lai phô thuéc nhiÒu vµo sù sö dông níc trong t¬ng lai vµ sö dông níc trong t¬ng lai nµy ph¶i ®îc dù b¸o. Bëi vËy, kh¶ n¨ng qu¶n lý vµ vËn hµnh c¸c nhµ m¸y níc s½n cã vµ sau ®ã lµ lËp kÕ ho¹ch vµ thiÕt kÕ c¸c nhµ m¸y níc míi trong t¬ng lai cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn kh¶ n¨ng m« t¶ sö dông níc hiÖn t¹i vµ t¬ng lai. T¬ng lai cã thÓ lµ giê, ngµy, tuÇn, th¸ng hoÆc n¨m, phô thuéc vµo tõng vÊn ®Ò cô thÓ. Do quy m« vµ tÇm quan träng cña hÇu hÕt c¸c dù ¸n níc, nhu cÇu dïng níc thêng ®îc dù b¸o trong kho¶ng 15 – 25 n¨m ®èi víi dù b¸o h¹n võa vµ 50 n¨m ®èi víi dù b¸o h¹n dµi. Dù b¸o kh«ng hoµn toµn lµ mét ph¬ng ph¸p cã tÝnh khoa häc, bëi cã thÓ nãi r»ng, t¬ng lai kh«ng tån t¹i (Encel vµ c¸c céng sù, 1976). 233
H×nh 6.1.1 C ¸c xu thÕ sö dông níc th¸ng ë ba thµnh phè cña Mü. (Maidment vµ c¸c céng sù, 1985). Nhu cÇu dïng níc ®îc ®Þnh nghÜa theo c¸c thuËt ng÷ kinh tÕ cã liªn quan víi gi¸ níc. Nã kh«ng gièng víi kh¸i niÖm yªu cÇu níc (water requirement) sö dông trong ph©n tÝch khoa häc. C¸c dù b¸o nhu cÇu dïng níc nªn ®ång thêi ph¶n ¸nh sù thay ®æi c«ng nghÖ trong c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, s¶n phÈm ®Çu ra, nguyªn liÖu th«, xö lý níc vµ c¸c ph¬ng ph¸p xö lý níc th¶i, thÞ hiÕu x· héi, vµ c¸c chÝnh s¸ch chung vÒ sö dông níc vµ ph¸t triÓn. C¸c nh©n tè nµy rÊt quan träng trong dù b¸o h¹n võa vµ h¹n dµi. MÆt kh¸c, c¸c kÕt qu¶ dù b¸o cã thÓ cã gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh trong viÖc ®a ra quyÕt 234
®Þnh. Bëi vËy, c¸c ph¬ng ph¸p qu¸ ®¬n gi¶n nh ngo¹i suy tuyÕn tÝnh cña nhu cÇu dïng níc qu¸ khø (cßn ®îc gäi lµ sù dù b¸o) thêng kh«ng thÝch hîp cho dù b¸o h¹n dµi. Tuy nhiªn, c¸c ph¬ng ph¸p nµy vÉn thÝch hîp cho qu¶n lý níc trong thêi kú khñng ho¶ng, thêi k× mµ thêi gian dù b¸o ng¾n.Do sù thay ®æi tù nhiªn, liªn tôc cña x· héi, kinh tÕ, vµ chÝnh trÞ trong vïng nªn tån t¹i nhiÒu ®iÒu kh«ng ch¾c ch¾n trong dù b¸o. Lçi trong c¸c dù b¸o sö dông níc cã thÓ do nh÷ng gi¶ ®Þnh kh«ng phï hîp khi x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè dù b¸o. Nã bao gåm d©n sè t¬ng lai, tæ hîp c«ng nghiÖp, vµ mèi quan hÖ gi÷a c¸c gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè m« h×nh, møc sö dông níc. BÊt kÓ nguyªn nh©n g×, lçi trong dù b¸o t¹o ra c¸c chi phÝ kinh tÕ vµ chi phÝ m«i trêng vît møc. Nh÷ng chi phÝ nµy cã thÓ tr¸nh ®îc b»ng viÖc sö dông nh÷ng ph¬ng ph¸p dù b¸o tèt h¬n. H¬n n÷a, c¶i tiÕn ph¬ng ph¸p dù b¸o nhu cÇu dïng níc ®îc dïng ®Ó gi¶i thÝch cho: (1) sù gia t¨ng c¸c m©u thuÉn gi÷a sö dông níc vµ ngêi sö dông níc; (2) t¨ng sù nhËn thøc vÒ mèi quan hÖ qua l¹i gi÷a c¸c nguån níc kh¸c nhau; vµ (3) t¨ng c¬ héi vµ quy m« ph¸t triÓn tµi nguyªn níc. Sö dông níc tæng hîp lµ tæng cña sù dïng níc c¸c hé dïng níc kh¸c nhau cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau. C¸c ph¬ng ph¸p tæng hîp thêng che ®Ëy tÊt c¶ nhng cã mÉu xu thÕ chung. Lîi thÕ cña viÖc sö dông c¸c ph¬ng ph¸p kh«ng tæng hîp lµ cã thÓ ®¸nh gi¸ c¸c t¸c ®éng vµo tæng nhu cÇu do thay ®æi trong mçi bé phËn. 6.2. Dù B¸O Sö DôNG N¦íC CHO §¤ THÞ Vµ C¤NG NGHIÖP 6.2.1. Ph©n lo¹i c¸c ph¬ng ph¸p Dù b¸o nhu cÇu sö dông níc ®« thÞ lµ mét nhiÖm vô quan träng cho c¸c c¬ quan khai th¸c vµ qu¶n lý, bao gåm ba ho¹t ®éng cã liªn quan ®Õn nhau. Ho¹t ®éng thø nhÊt lµ qu¶n lý nguån cung cÊp cã liªn quan víi dù b¸o nhu cÇu dïng níc ®Ó cã thÓ x¸c ®Þnh quy m«, s¾p xÕp vµ ®Þnh thêi gian cho c¸c ®Çu t vµo c¸c nhµ m¸y cung cÊp níc míi. Ho¹t ®éng cã liªn quan thø hai lµ qu¶n lý nhu cÇu dïng níc, nã x¸c ®Þnh ¶nh hëng cña viÖc l¾p ®Æt ®ång hå ®o níc, ph¸t hiÖn rß rØ, kiÓm so¸t rß rØ, sù thay ®æi gi¸ c¶, c¸c biÖn ph¸p b¶o tån, vµ chÕ ®é ph©n phèi. Ho¹t ®éng thø ba lµ qu¶n lý nhu cÇu – nguån cÊp, nã sö dông c¸c dù b¸o sö dông níc ®Ó hîp nhÊt vµ phèi hîp nguån cung cÊp víi c¸c chÝnh s¸ch qu¶n lý nhu cÇu. Boland vµ c¸c céng sù (1981) ph©n c¸c ph¬ng ph¸p dù b¸o thµnh 3 lo¹i: (a) c¸c ph¬ng ph¸p hÖ sè ®¬n, chØ cã duy nhÊt mét biÕn sè; (b) c¸c ph¬ng ph¸p ®a hÖ sè, cã nhiÒu h¬n mét biÕn sè; vµ (c) c¸c ph¬ng ph¸p thèng kª hay c¸c ph¬ng ph¸p c©y sù kiÖn (contigency tree methods). B¶ng 6.2.1 so s¸nh c¸c ph¬ng ph¸p dù b¸o kh¸c nhau. C¸c biÕn gi¶i thÝch lµ c¸c biÕn ®îc sö 235
dông ®Ó gi¶i thÝch nhu cÇu dïng níc, vÝ dô nh d©n sè, gi¸ c¶, thu nhËp vµ lîng gi¸ng thñy hµng n¨m. PH¦¥NG PH¸P HÖ Sè §¥N: Nh÷ng ph¬ng ph¸p nµy bao gåm c¸c ph¬ng ph¸p: b×nh qu©n ®Çu ngêi, b×nh qu©n kÕt nèi, vµ hÖ sè ®¬n vÞ sö dông. Thêng th× chØ cã d÷ liÖu vÒ toµn bé lîng níc s¶n xuÊt cho mét thµnh phè cïng víi sè d©n cña thµnh phè lµ cã thÓ cã ®îc, bëi vËy ph¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ngêi ®îc sö dông. Trong nh÷ng trêng hîp nµy, mèi t¬ng quan gÇn ®óng ®îc sö dông ®Ó íc lîng sö dông níc ®« thÞ: Q(t) = u(t)POP(t) (6.2.1) Q(t) lµ sö dông níc trung b×nh ngµy, POP(t) lµ d©n sè trong kho¶ng thêi gian t, vµ u(t) lµ sö dông níc trung b×nh ngµy cña mçi ngêi (gallons/ngêi/ngµy hoÆc lÝt/ngêi/ngµy). Sö dông ph¬ng tr×nh (6.2.1), d©n sè POP(t) vµ lîng sö dông níc trung b×nh mçi ngêi u(t) ph¶i ®îc íc lîng hoÆc dù ®o¸n tríc. §Ó tÝnh ®îc møc sö dông níc lín nhÊt ngµy, lín nhÊt giê, tØ lÖ sö dông b×nh qu©n nhËn ®îc tõ ph¬ng tr×nh (6.2.1) ®îc víi hÖ sè tû lÖ lín nhÊt - trung b×nh n»m trong kho¶ng 1,5 tíi 3,0, Ph¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ngêi ®îc sö dông rÊt réng r·i; tuy nhiªn, nã cã nh÷ng thiÕu sãt nghiªm träng nh hÇu hÕt c¸c øng dông dù b¸o kh¸c (Boland vµ c¸c céng sù, 1981) bëi v× nã bá qua rÊt nhiÒu c¸c nh©n tè ¶nh hëng tíi sö dông níc. §ã lµ lo¹i nhµ, diÖn tÝch nhµ, khÝ hËu, c¸c ho¹t ®éng th¬ng m¹i, thu nhËp, gi¸ c¶… Nh÷ng tiªu chÝ chÝnh cña C¸c nguyªn t¾c vµ híng dÉn cña Héi ®ång tµi nguyªn níc quèc gia Hoa Kú (1983) chØ ra r»ng c¸c nh©n tè ¶nh hëng nµy cÇn ph¶i ®îc tÝnh ®Õn, vµ ph¬ng ph¸p ph©n chia c¸c nghµnh dïng níc chÝnh hay lµ sù ph©n chia sö dông níc bëi c¸c khu vùc sö dông níc chñ yÕu còng nªn ®îc sö dông trong dù b¸o. C¶ hai tiªu chÝ trªn ®Òu cha ®îc thùc hiÖn trong ph¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ngêi. §Ó c¶i tiÕn ph¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ngêi, hÖ sè sö dông níc trung b×nh mçi ngµy u(t) cã thÓ ph¸t triÓn cho nhiÒu lo¹i sö dông níc kh¸c nhau. C¸c hÖ sè còng cã thÓ ph©n chia theo khu vùc ®Þa lý hay theo mïa. Nh mét biÕn thÓ cña ph¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ngêi, níc cung cÊp cho thµnh phè hay céng ®ång cã thÓ íc lîng b»ng ph¬ng ph¸p b×nh qu©n kÕt nèi (per connection method): n 1  C (t )W (t ) Q(t )  i i  i 1 (6.2.2) trong ®ã Wi(t) lµ sö dông níc b×nh qu©n ®Çu ngêi hoÆc b×nh qu©n kÕt nèi níc cña sö dông níc lo¹i i, Ci(t) lµ sè kÕt nèi tíi hÖ thèng ph©n phèi níc i, cña lo¹i i = 1, 2,..., n, vµ  lµ hiÖu suÊt (0    1) øng víi lîng níc rß rØ vµ tæn thÊt trong qu¸ tr×nh xö lý. §èi víi mét hÖ thèng ®îc qu¶n lý tèt th×  = 0,9. 236
Ph¬ng ph¸p trung b×nh kÕt nèi (sè kÕt nèi hoÆc kh¸ch hµng) thêng cã thuËn lîi lµ dÔ dµng cã ®îc c¸c d÷ liÖu lÞch sö vÒ sè lîng kÕt nèi. VÒ c¬ b¶n th× ph¬ng ph¸p nµy cã nh÷ng u ®iÓm vµ nhîc ®iÓm nh cña ph¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ngêi. Mét ph¬ng ph¸p mét biÕn sè m« t¶ kh¸c lµ ph¬ng ph¸p hÖ sè ®¬n vÞ sö dông (unit use coefficient method). VÝ dô vÒ ®¬n vÞ sö dông lµ níc sö dông cña mçi c«ng nh©n trong c«ng nghiÖp vµ trong dù b¸o nhu cÇu dïng níc th¬ng m¹i, b×nh qu©n níc sö dông trªn mçi ®¬n vÞ ®Êt canh t¸c cña mét vô mïa trong dù b¸o níc n«ng nghiÖp. Nh÷ng ph¬ng ph¸p nµy khi sö dông trong mét dù b¸o kh«ng tæng hîp, dù b¸o mµ c¸c biÕn quan träng kh«ng bÞ bá sãt, cã thÓ ®îc c¶i tiÕn phï hîp víi C¸c nguyªn t¾c vµ híng dÉn cña Héi ®ång tµi nguyªn níc quèc gia Hoa Kú (US WRC, 1983). Trong tÊt c¶ mäi trêng hîp, c¸c ph¬ng ph¸p mét hÖ sè dùa vµo sù dù ®o¸n biÕn sè chÝnh vµ hÖ sè ®¬n vÞ sö dông trong t¬ng lai. Nh÷ng ph¬ng ph¸p nµy cung cÊp nh÷ng kÕt qu¶ dù b¸o h¹n ng¾n kh¸ tin cËy nhng sù thiÕu tin cËy t¨ng lªn trong c¸c dù b¸o h¹n dµi. PH¦¥NG PH¸P §A HÖ Sè: Nh÷ng ph¬ng ph¸p nµy cã thÓ ph©n lo¹i thµnh m« h×nh yªu cÇu (requirements models) vµ m« h×nh nhu cÇu (demand models). M« h×nh yªu cÇu gåm cã biÕn vËt lý vµ biÕn t©m lý, nh÷ng biÕn nµy t¬ng quan víi sö dông níc nhng kh«ng nhÊt thiÕt bao gåm c¶ gi¸ níc vµ hé sö dông hoÆc thu nhËp b×nh qu©n ®Çu ngêi.M« h×nh nhu cÇu dùa trªn nh÷ng lý luËn kinh tÕ vµ chØ bao gåm nh÷ng biÕn t¬ng quan ®¸ng kÓ víi sö dông níc vµ nh÷ng biÕn ®îc cho r»ng cã quan hÖ nh©n qu¶ víi sö dông níc (Boland vµ c¸c céng sù, 1981). VÝ dô, m« h×nh nhu cÇu gåm cã gi¸ vµ thu nhËp céng víi c¸c biÕn m« t¶ kh¸c. B ¶ng 6.2.1 S o s¸nh c¸c ph¬ng ph¸p dù b¸o (Boland vµ c¸c céng sù, 1983) C¸c ph¬ng C ¸c ph¬ng ph¸p mét hÖ sè C¸c ph¬ng ph¸p ®a hÖ sè ph¸p thèng kª B×nh B×nh H Ö sè ®¬n vÞ M« h×nh nhu C©y sù qu©n qu©n M« h×nh yªu cÇu ®Çu sö dông cÇu kiÖn kÕt nèi ngêi Khi sö dông Khi sö dông D Ô dù b¸o, phï hîp Khi sö dông trong trong c¸c dù trong c¸c dù víi C¸c nguyªn t¾c Kh«ng Kh«ng c¸c dù b¸o kh«ng Cã b¸o kh«ng b¸o kh«ng vµ híng dÉn tæng hîp tæng hîp tæng hîp Khi sö dông Khi sö dông D Ô ®¸nh gi¸ c¸c Khi sö dông trong trong c¸c dù trong c¸c dù Kh«ng Kh«ng Cã biÖn ph¸p b¶o vÖ c¸c dù b¸o kh«ng b¸o kh«ng b¸o kh«ng nguån níc tæng hîp tæng hîp tæng hîp Kh«ng, Phï hîp víi c¸c Kh«ng, qu¸ phøc Kh«ng, qu¸ Cã Cã Cã qu¸ phøc nghiªn cøu ban ®Çu t¹p phøc t¹p t¹p Khi sö dông Khi sö dông Phï hîp víi c¸c Khi sö dông trong trong c¸c dù trong c¸c dù øng dông quy Kh«ng Kh«ng c¸c dù b¸o kh«ng Cã b¸o kh«ng b¸o kh«ng ho¹ch dù ¸n tæng hîp tæng hîp tæng hîp Phô thuéc Lîng d÷ liÖu cÇn Võa ph¶i tíi RÊt Ýt RÊt Ýt Võa ph¶i Võa ph¶i tíi lín vµo øng dïng lín dông 237
Phô thuéc §é khã cña viÖc thu Tõ thÊp tíi Võa ph¶i tíi ThÊp ThÊp Võa ph¶i tíi cao vµo øng thËp d÷ liÖu võa ph¶i cao dông N guån: pháng theo b¶ng III-2. trang III-35, trong Forecasting Assessment. Mét m« h×nh nhu cÇu cho sö dông níc hµng n¨m cã thÓ cã d¹ng sau: Sö dông níc hµng n¨m = a0 + a1 (d©n sè) + a2 (gi¸) (6.2.3) + a3 (thu nhËp) + a4 (gi¸ng thñy n¨m) HoÆc ë d¹ng phi tuyÕn tÝnh: Sö dông níc hµng n¨m = b0 ( D©n sè)b1 (gi¸)b2 (thu nhËp)b3 (6.2.4) (gi¸ng thñy n¨m)b4 Sè lîng vµ kiÓu cña biÕn m« t¶ sö dông trong m« h×nh nhu cÇu hoÆc m« h×nh yªu cÇu biÕn ®æi tõ øng dông nµy ®Õn øng dông kh¸c. C¸c sè liÖu s½n cã, ®é chÝnh x¸c yªu cÇu, vµ ®iÒu kiÖn ®Þa ph¬ng tÊt c¶ ®Òu cã ¶nh hëng tíi sè lîng vµ kiÓu cña c¸c biÕn m« t¶. Khi øng dông trong c¸c dù b¸o kh«ng tæng hîp c¸c ph¬ng ph¸p ®a hÖ sè phï hîp víi nh÷ng yªu cÇu cña C¸c nguyªn t¾c vµ híng dÉn cña Héi ®ång tµi nguyªn níc quèc gia Hoa Kú (1983). Mét lÇn n÷a, ®Ó dù b¸o sö dông níc trong t¬ng lai b»ng ph¬ng ph¸p ®a hÖ sè, gi¸ trÞ trong t¬ng lai cña c¸c yÕu tè ngÉu nhiªn cÇn ®îc dù b¸o b»ng nh÷ng ph¬ng ph¸p kh¸c. C¸C PH¦¥NG PH¸P C¢Y Sù KIÖN: C¸c ph¬ng ph¸p nµy ®Ò cËp ®Õn nh÷ng yÕu tè thay ®æi trong dù b¸o sö dông níc. Tiªu biÓu lµ mét nÒn t¶ng dù b¸o ®îc chuÈn bÞ bëi mét trong c¸c ph¬ng ph¸p trªn, vµ sau ®ã dù b¸o ®îc söa ®æi ®Ó ph¶n ¸nh tæ hîp cña c¸c yÕu tè thay ®æi. Mét x¸c suÊt chung cña mçi tæ hîp c¸c yÕu tè thay ®æi nµy ®îc x¸c ®Þnh cho liªn kÕt víi dù b¸o sö dông níc. §Ó chän lùa mét ph¬ng ph¸p dù b¸o cÇn ph¶i xem xÐt víi øng dông dù b¸o cô thÓ. HÇu hÕt c¸c ph¬ng ph¸p cã thÓ ®îc sö dông cho dù b¸o sö dông níc tæng hîp hµng n¨m. Tuy nhiªn, nÕu dù b¸o sÏ ®îc sö dông trong thiÕt kÕ cña mét hÖ thèng xö lý vµ ph©n phèi níc, th× sù íc ®o¸n ch¾c ch¾n vÒ sö dông níc lín nhÊt ngµy lµ cÇn thiÕt. ThiÕt kÕ cña bÓ chøa níc cung cÊp cã thÓ yªu cÇu c¸c dù b¸o sö dông níc mïa hoÆc th¸ng céng víi dù b¸o sö dông níc n¨m. Mét sè øng dông dù b¸o kh¸c cã thÓ biÓu hiÖn sù ¶nh hëng ë c¸c møc ®é kh¸c nhau cña ph¸t triÓn kinh tÕ ®èi víi sö dông níc. Trong lo¹i øng dông nµy, m« h×nh cÇn bao gåm c¶ c¸c biÕn kinh tÕ cÇn thiÕt. Tãm l¹i, ph¬ng ph¸p dù b¸o cÇn sö dông tèt nhÊt d÷ liÖu cã ®îc, tõ ®ã cung cÊp th«ng tin vÒ yªu cÇu sö dông níc cho qu¸ tr×nh thiÕt kÕ s¬ bé. 6.2.2. D¹ng chung cña m« h×nh Mét m« h×nh vÒ nhu cÇu sö dông níc th«ng thêng cã thÓ ®îc biÓu diÔn nh sau: 238
(6.2.5) Q  f (.x1..x2 .....xk )  є trong ®ã f lµ hµm cña c¸c biÕn m« t¶ x1, x2... xk, vµ ε lµ sai sè ngÉu nhiªn (biÕn ngÉu nhiªn) m« t¶ ¶nh hëng chung lªn Q cña tÊt c¶ nh÷ng yÕu tè thay ®æi mµ cha ®îc ®Ò cËp ®Õn râ rµng bëi c¸c biÕn m« t¶ xi. Sai sè ngÉu nhiªn ε ®îc cho lµ cã kú väng b»ng 0, ph¬ng sai lµ mét h»ng sè, vµ c¸c sai sè t¬ng quan cã kú väng cña εi . εj b»ng 0, §èi víi c¸c øng dông thùc tÕ, m« h×nh nhu cÇu dïng níc kh«ng cã d¹ng gi¶i tÝch nh ®· suy diÔn mµ thêng cã tÝnh chÊt céng, nh©n, hoÆc c¶ hai tÝnh chÊt nµy. M« h×nh nhu cÇu ®iÓn h×nh thêng cã d¹ng tuyÕn tÝnh, l«garÝt, b¸n loga, lÇn lît nh sau: (6.2.6) Q  a0  a1 x1  ...  ak xk  є hoÆc (6.2.7) ln Q  b0  b1 ln x1  ...  bk ln xk  є hoÆc (6.2.8) Q  c0  c1 ln x1  ...  ck ln xk  є Nh÷ng d¹ng m« h×nh nhu cÇu nµy cho phÐp íc lîng dÔ dµng c¸c th«ng sè cña m« h×nh, a0,.. ak, b0,.. bk, vµ c0,.. ck, b»ng c¸ch sö dông ph©n tÝch håi quy víi gi¶ thiÕt c¸c biÕn m« t¶ ®îc x¸c ®Þnh mét c¸ch ®éc lËp tõ c¸c biÕn phô thuéc. NÕu c¸c biÕn m« t¶ bao gåm c¸c thø nguyªn kh¸c cña nhu cÇu dïng níc th× ®iÒu kiÖn vÒ sù ®éc lËp trªn kh«ng ®îc tháa m·n. VÝ dô, nÕu lîng níc ®ßi hái vµ gi¸ níc ®Òu ®îc x¸c ®Þnh trong cïng mét tiÕn tr×nh, th× ®ã lµ mét lçi x¸c ®Þnh ®ång thêi. Trong phÇn 6.3, lý thuyÕt vÒ ph©n tÝch håi quy sö dông ph¬ng ph¸p sai sè b×nh ph¬ng nhá nhÊt ®Ó íc lîng th«ng sè m« h×nh dùa trªn bé sè liÖu ®· cho sÏ ®îc giíi thiÖu. 6.2.3. C¸c lo¹i d÷ liÖu §Ó x©y dùng ®Ò c¬ng vÒ m« h×nh nhu cÇu dïng níc, cÇn nhiÒu lo¹i d÷ liÖu kh¸c nhau cña c¸c biÕn m« t¶. Trong thùc tÕ, c¸c lo¹i d÷ liÖu cã s½n quyÕt ®Þnh c¸c biÕn nµo cã thÓ sö dông ®îc trong m« h×nh dù b¸o. B¶ng 6.2.2 liÖt kª mét sè d÷ liÖu ®iÓn h×nh vµ c¸c nguån cã thÓ cã. 6.3. C¸C M¤ H×NH HåI QUY DïNG CHO Dù B¸O Sö DôNG N¦íC 6.3.1. Kh¸i niÖm håi quy dïng cho dù b¸o sö dông níc RÊt nhiÒu nghiªn cøu kinh nghiÖm trong c¸c bµi to¸n hÖ thèng nguån níc cã liªn quan tíi viÖc thiÕt lËp mèi quan hÖ gi÷a c¸c ph¶n øng cña hÖ thèng vµ c¸c yÕu tè t¸c ®éng vµo hÖ thèng. VÝ dô, c¸c nhµ thñy v¨n häc thêng liªn kÕt c¸c ®Æc ®iÓm cña dßng ch¶y mÆt nh dßng ch¶y lín nhÊt, hoÆc 239
lîng dßng ch¶y mÆt víi c¸c ®Æc ®iÓm khÝ tîng vµ ®Þa lý cña lu vùc nh lîng ma, cêng ®é gi¸ng thñy, kÝch thíc lu vùc, khu vùc thµnh thÞ... Trong dù b¸o nhu cÇu dïng níc, c¸c kü s tµi nguyªn níc mong muèn x©y dùng mét m« h×nh liªn kÕt sö dông níc víi c¸c yÕu tè têng minh nh x· héi, d©n sè, kinh tÕ vµ thñy v¨n. TÝnh tõ "têng minh" ®îc sö dông v×, trong rÊt nhiÒu c¸c nghiªn cøu kinh nghiÖm, mèi quan hÖ nh©n – qu¶ kh«ng ®îc hiÓu hoµn toµn thÊu ®¸o. Tuy nhiªn, sù ph¸t triÓn cña nh÷ng quan hÖ kinh nghiÖm gióp cho nh÷ng nhµ ph©n tÝch cã nh÷ng hiÓu biÕt s©u s¾c vÒ ho¹t ®éng cña hÖ thèng. Ph©n tÝch håi quy thêng hay sö dông ph¬ng ph¸p thèng kª ®Ó nghiªn cøu vµ m« h×nh hãa nh÷ng quan hÖ kinh nghiÖm nµy. Nã ®îc øng dông réng r·i hÇu nh trong mäi lÜnh vùc cña kü thuËt vµ khoa häc. §Ó minh häa cho kh¸i niÖm ph©n tÝch håi quy, gi¶ sö r»ng c¸c kü s cña thµnh phè cña Austin, Texas ph¸t triÓn mét m« h×nh ®Ó dù b¸o sö dông níc trong t¬ng lai. NhiÖm vô ®Çu tiªn lµ nhËn biÕt c¸c yÕu tè cã thÓ ¶nh hëng ®Õn sö dông níc cã thÓ cã, nhng kh«ng chØ giíi h¹n trong ®ã nh quy m« d©n sè, gi¸ níc, thu nhËp b×nh qu©n, vµ lîng gi¸ng thñy hµng n¨m. Khi c¸c yÕu tè ®· ®îc x¸c ®Þnh, d÷ liÖu ®îc thu thËp cho c¸c yÕu tè kh¸c nhau theo thêi gian ®îc tr×nh bµy trong b¶ng 6.3.1. Cã thÓ tëng tîng lµ tæng lîng níc sö dông hµng n¨m cho Austin lµ kÕt qu¶ tæng hîp c¸c ¶nh hëng cña rÊt nhiÒu yÕu tè. §Ó dïng cho môc ®Ých minh häa, ph¬ng ph¸p b×nh qu©n ®Çu ngêi ®îc sö dông ®Ó nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a tæng lîng sö dông níc hµng n¨m víi d©n sè. §¬ng nhiªn, trùc gi¸c cho chóng ta biÕt sö dông níc hµng n¨m sÏ t¨ng nh khi d©n sè t¨ng. Tuy nhiªn, mét c©u hái h÷u Ých h¬n lµ t¹i sao sö dông níc thay ®æi t¬ng øng víi quy m« d©n sè. NÕu mèi quan hÖ nh thÕ nµy cã thÓ ®îc thiÕt lËp, kü s vµ nh÷ng ngêi nghiªn cøu quy ho¹ch thµnh phè cã thÓ dù ®o¸n ®îc lîng níc sö dông cho sù t¨ng trëng d©n sè biÕt tríc, ®Ó cã thÓ cung cÊp níc ®Çy ®ñ. Bíc ®Çu tiªn ®Ó thiÕt lËp mèi quan hÖ nh thÕ nµy lµ vÏ biÓu ®å ph©n bè: quy m« d©n sè (trªn trôc hoµnh) víi lîng níc sö dông t¬ng øng (trªn trôc tung) nh h×nh vÏ 6.3.1. C¸c ®iÓm trong h×nh vÏ 6.3.1 biÓu hiÖn mét møc ®é ph©n t¸n, tuy nhiªn, cã thÓ nh×n thÊy ®îc mét xu thÕ híng lªn kh¸ râ rµng. Bíc tiÕp theo lµ x©y dùng mét hµm to¸n häc ®Ó m« t¶ xu thÕ ®i lªn cña sö dông níc t¬ng øng víi quy m« d©n sè. Cã thÓ gi¶ thiÕt r»ng sö dông níc, Q, cho thµnh phè cña Austin t¬ng quan tuyÕn tÝnh víi d©n sè cña thµnh phè, POP. D©n sè nµy cã thÓ ®îc m« t¶ bëi ph¬ng tr×nh sau: (6.3.1) Q  0  1POP trong ®ã 0 lµ giao ®iÓm vµ  1 lµ ®é dèc cña ®êng th¼ng. Ph¬ng tr×nh (6.3.1) lµ m« h×nh tÊt ®Þnh mµ trong ®ã sö dông níc (Q) ®îc x¸c ®Þnh ®¬n trÞ bëi d©n sè (POP). Trong thùc tÕ, c¸c ®iÓm d÷ liÖu trong h×nh 6.3.1 kh«ng chÝnh x¸c lµ n»m th¼ng hµng, v× vËy ph¬ng tr×nh (6.3.1) ®îc söa thµnh: (6.3.2a) Q  0  1 POP  є 240
hoÆc: (6.3.2b) y   0  1 x  є trong ®ã y lµ Q, x lµ POP, vµ  lµ sai sè giíi h¹n biÓu thÞ sù kh¸c nhau gi÷a sö dông níc quan tr¾c (Q hay y) vµ gi¸ trÞ íc lîng bëi ph¬ng tr×nh ®êng th¼ng (  0  1POP) . Nãi theo c¸ch kh¸c, sai sè gi¶i thÝch cho sù kh«ng hoµn toµn ®óng cña m« h×nh ®a ra víi sè liÖu quan tr¾c. Nguyªn nh©n g©y nªn c¸c sai sè nµy cã thÓ n¶y sinh do sai sè ®o ®¹c, m« h×nh kh«ng ®Çy ®ñ, vµ do ¶nh hëng cña nh÷ng yÕu tè kh¸c lªn sö dông níc. Ph¬ng tr×nh (6.3.2) lµ mét m« h×nh håi quy tuyÕn tÝnh. BiÕn y ®îc gäi lµ biÕn phô thuéc (hoÆc kÕt qu¶) vµ biÕn x lµ biÕn ®éc lËp (hoÆc biÕn håi quy). ChÝnh x¸c h¬n, ph¬ng tr×nh (6.3.2) lµ m« h×nh håi quy tuyÕn tÝnh ®¬n gi¶n bëi v× nã chØ cã mét biÕn ®éc lËp. Sù më réng thêng thÊy cña ph¬ng tr×nh (6.3.2) lµ cã nhiÒu h¬n mét biÕn ®éc lËp, nã ®îc gäi lµ m« h×nh håi quy tuyÕn tÝnh béi. Cã thÓ ®îc biÓu diÔn díi d¹ng: (6.3.3) y   0  1 x1  ...   k xk  є Khi mµ d¹ng cña m« h×nh ®· ®îc gi¶ ®Þnh, giai ®o¹n tiÕp theo cña ph©n tÝch håi quy lµ íc lîng c¸c hÖ sè håi quy, nh÷ng th«ng sè cha biÕt cña m« h×nh. Sö dông sè liÖu quan tr¾c cho c¸c biÕn phô thuéc vµ c¸c biÕn ®éc lËp. ViÖc lµm cho m« h×nh phï hîp víi sè liÖu yªu cÇu mét tiªu chuÈn ®o møc ®é phï hîp. Tiªu chuÈn thêng ®îc sö dông nhÊt dùa trªn nguyªn t¾c b×nh ph¬ng nhá nhÊt, sÏ ®îc m« t¶ ë sau. Trong giai ®o¹n íc lîng th«ng sè m« h×nh, ngêi ph©n tÝch cÇn nghiªn cøu tØ mØ sù thÝch hîp cña m« h×nh vµ chÊt lîng cña sù phï hîp. Bíc nµy lµ cÇn thiÕt ®Ó b¶o ®¶m m« h×nh håi quy h÷u Ých trong thùc tÕ vµ ®óng víi lý thuyÕt. KiÓm tra sù thÝch hîp cña m« h×nh lµ mét bíc quan träng ®Ó x¸c ®Þnh mäi thiÕu sãt tiÒm Èn trong m« h×nh vµ cã thÓ dÉn tíi thay ®æi vµ c¶i tiÕn m« h×nh. Ph¸t triÓn mét m« h×nh gåm mét biÕn phô thuéc vµ nhiÒu biÕn ®éc lËp (hay biÕn håi quy) b»ng ph©n tÝch håi quy lµ mét qu¸ tr×nh lÆp ®i lÆp l¹i. Sù thµnh c«ng trong viÖc ph¸t triÓn mét m« h×nh hîp lý phô thuéc rÊt lín vµo kü n¨ng cña ngêi ph©n tÝch: dÞch m« h×nh vµ liªn hÖ ho¹t ®éng cña m« h×nh víi tiÕn tr×nh díi sù ph©n tÝch tØ mØ. Tríc khi gi¶i thÝch vÒ mÆt kü thuËt, cã mét vµi kh¸i niÖm quan träng trong ph©n tÝch håi quy mµ chóng ta cÇn biÕt. C¸c m« h×nh håi quy thêng th× kh«ng bao hµm mét quan hÖ nh©n qu¶ gi÷a c¸c biÕn tham gia. Quan hÖ nh©n qu¶ gi÷a c¸c biÕn nªn ®îc x¸c nhËn bëi c¸c dÊu hiÖu kh¸c víi nh÷ng g× biÓu lé tõ bé sè liÖu. Trong rÊt nhiÒu nghiªn cøu kinh nghiÖm, c¸c kü s thêng cã ®ñ hiÓu biÕt vÒ qu¸ tr×nh vµ cã kh¶ n¨ng lùa chän c¸c biÕn ®éc lËp, c¸c biÕn nµy lµ c¸c yÕu tè nh©n qu¶ gióp t×m ra kÕt qu¶. Trong nh÷ng trêng hîp nh thÕ, ph©n tÝch håi quy cã thÓ ®îc dïng ®Ó cung cÊp c¸c x¸c nhËn vÒ nh÷ng mèi quan hÖ nh©n qu¶ nµy. Ph¬ng tr×nh ®îc x©y dùng b»ng ph©n tÝch håi quy chØ lµ mét phÐp tÝnh xÊp xØ vÒ c¸c t¬ng quan phøc t¹p trong c¸c qu¸ tr×nh 241
thùc thÕ. H¬n thÕ n÷a, tÊt c¶ c¸c m« h×nh håi quy chØ chÝnh x¸c trong miÒn d÷ liÖu ®· sö dông trong ph©n tÝch. C¸c lçi nghiªm träng cã thÓ ph¸t sinh nÕu ¸p dông mét ph¬ng tr×nh håi quy vµo bé sè liÖu ngoµi miÒn gi¸ trÞ cña biÕn håi quy. Do ®ã, ®Ó n©ng cao kh¶ n¨ng øng dông cña m« h×nh håi quy, ngêi ph©n tÝch nªn thu thËp sè liÖu tiªu biÓu cho qu¸ tr×nh nghiªn cøu. B¶ng 6.2.2 Lo¹i d÷ liÖu vµ c¸c nguån cã s½n (Boland vµ c¸c céng sù, 1983) Lo¹i d÷ C¸c môc d÷ liÖu riªng Nguån d÷ liÖu cã s½n liÖu Sè liÖu ®iÒu tra vÒ d©n sè, sè hé cña Mü; C¸c côc vµ së quy ho¹ch; c¸c a. D©n sè, ®é lín cña hé quyÓn niªn gi¸m thµnh phè vµ tØnh; d©n sè bang; c¸c quyÓn ph¸t triÓn 1. D©n sè b. Dù b¸o d©n sè kinh tÕ ®Þa ph¬ng vµ trung ¬ng; c¸c c«ng ty kinh tÕ; c¸c niªn gi¸m thèng kª trung ¬ng vµ ®Þa ph¬ng; c¸c dù b¸o khu vùc OBERS. Sè liÖu ®iÒu tra vÒ d©n sè, sè hé cña Mü. Sè liÒu ®iÒ tra vµ ®Æc tÝnh cña a. Sè ®¬n vÞ nhµ theo lo¹i vµ theo gi¸ trÞ c¸c hé; C¸c côc vµ së quy ho¹ch; c¸c c¬ quan ®¸nh gi¸ nhµ ®Êt; d©n sè thÞ trêng; mËt ®é nhµ; diÖn tÝch ®Êt 2. Nhµ bang; c¸c côc tµi chÝnh bang; c¸c côc ph¸t triÓn kinh tÕ bang vµ ®Þa trung b×nh; gi¸ trÞ íc tÝnh. ph¬ng; héi ®ång quy ho¹ch ®Þa ph¬ng; c¸c c«ng ty kinh tÕ; c¸c dù b¸o khu vùc OBERS. a. Tæng viÖc lµm trong c¸c khu vùc Sè liÖu ®iÒu tra vÒ d©n sè cña Mü; C¸c ®Æc chng chi tiÕt vÒ kinh tÕ x· c«ng nghiÖp chÝnh; ViÖc lµm ph©n chia héi; Tæng ®iÒu tra Mü: C¸c lo¹i h×nh kinh doanh ë h¹t; Tæng ®iÒu tra bëi chuÈn ph©n lo¹i c«ng nghiÖp 3 – vµ c¸c nhµ s¶n xuÊt, dÞch vô Mü, , C¸c nhµ th¬ng m¹i b¸n bu«n; Tæng 3. ViÖc 4 – con sè; lÞch sö tØ lÖ t¨ng trëng viÖc quan hµng th¸ng vÒ lao ®éng; c¸c tæ chøc an toµn nghÒ nghiÖp; C¸c lµm lµm ®Þa ph¬ng. côc ph¸t triÓn kinh tÕ trung ¬ng vµ ®Þa ph¬ng; c¸c c¬ quan kinh tÕ b. C¸c dù b¸o viÖc lµm tæng hîp vµ trung ¬ng;c¸c c«ng ty kinh tÕ; c¸c nhµ m¸y sd¶n xuÊt ®Þa ph¬ng; c¸c kh«ng tæng hîp (bëi SIC)*. ngµnh dÞch vô ®Þa ph¬ng; c¸c dù b¸o khu vùc OBERS. Sè liÖu ®iÒu tra vÒ d©n sè cña Mü; C¸c ®Æc chng chi tiÕt vÒ kinh tÕ x· 4. C¸c a. ChØ sè gi¸ c¶ tiªu dïng; chØ sè gi¸ x©y héi; Tæng ®iÒu tra Mü: C¸c lo¹i h×nh kinh doanh ë h¹t; Vô th¬ng m¹i; biÕn dùng; thu nhËp c¸ nh©n vµ gia ®×nh. Tæng quan hµng th¸ng vÒ lao ®éng; c¸c thèng kª tãm t¾t cña bang vµ kinh tÕ b. Dù b¸o thu nhËp. quèc gia; V¨n phßng thèng lao ®éng Mü; c¸c c«ng ty kinh tÕ; c¸c dù kh¸c b¸o khu vùc OBERS. KiÓu thêi tiÕt ®Þa ph¬ng: lîng ma, C¬ quan khÝ quyÓn vµ ®¹i d¬ng quèc gia (NOAA); Trung t©m thêi tiÕt 5. KhÝ hËu nhiÖt ®é, tèc ®é bèc h¬i, ®é Èm thiÕu hôt quèc gia; C¸c tr¹m thÝ nghiÖm cña c¸c trêng ®¹i häc; c¸c ®¬n vÞ b¶o (b×nh thêng vµ c¸c ®iÒu kiÖn t¹m thêi) tån ®Êt vµ níc; c¸c s©n bay ®Þa ph¬ng Sè liÖu ®iÒu tra n«ng nghiÖp mü; C¸c côc vµ së quy ho¹ch; c¸c héi 6. Sö dông KiÓu ®Êt sö dông; c¸c quy ®Þnh ph©n ®ång quy ho¹ch thµnh phè; c¸c sè liÖu thµnh phè; C¸c b¸o c¸o ®iÒu tra ®Êt vïng. Mü; C¸c b¸o c¸o thèng kª Gi¸ níc/ níc th¶i vµ tèc ®é x©y dùng; 7. C¸c qu¸ tr×nh sö dông níc hµng th¸ng bëi C¸c côc cÊp níc; c¸c b¸o c¸o kü thuËt ; c¸c kh¶o s¸t vÒ níc cña liªn thèng kª lo¹i kh¸ch hµng; sè liÖu lÞch sö cña tæn bang; c¸c kh¶o s¸t kh¸ch hµng; côc ®iÒu phèi liªn bang; c¸c tæ chøc vÒ níc thÊt kh«ng tÝnh to¸n ®îc, ph¹m vi cña ®Þa ph¬ng nh÷ng ngêi dïng níc tù cÊp. C¸c biÖn ph¸p b¶o tån m«i trêng ®· thùc hiÖn; c¸c biÖn ph¸p b¶o tån dù C¸c côc cÊp níc; c¸c côc ®iÒu phèi liªn bang; c¸c th«ng kª cña ®Þa 8. B¶o tån ph¬ng; C¸c côc vµ së quy ho¹ch; tõ pháng vÊn c¸c nh©n viªn nhµ kiÕn; nh÷ng ®o ®¹c vÒ møc ®é gi¶m, thiªn møc ®é hiÖu qu¶ cña c¸c biÖn ph¸p; sù níc vµ c«ng chóng; c¸c b¸o c¸o vÒ sù hµi lßng cña kh¸ch hµng; c¸c nhiªn nhµ s¶n xuÊt cã tiªu thô níc; c¸c nghiªn cøu ®· cã chÊp nhËn cña x· héi; khung chÝnh s¸ch; c¸c ®¬n vÞ dïng níc. *SIC nghÜa lµ chuÈn ph©n lo¹i c«ng nghiÖp. B ¶ng 6.3.1 D ÷ liÖu vÒ nhu cÇu níc cña Austin, Texas N¨m D©n sè Gi¸ níc ($/1000 gal) Thu nhËp ($/ngêi) Gi¸ng thñy n¨m (inches) Sö dông níc (ac-ft) 1965 216,733 0,98 5,919 40,57 39,606 1966 223,334 0,95 5,970 25,19 40,131 1967 230,135 1,20 6,521 33,54 45,667 1968 237,144 1,15 7,348 40,43 40,780 242
1969 244,366 1,10 7,965 33,59 45,330 1970 251,808 1,05 8,453 30,64 50,683 1971 259,900 1,00 8,713 24,95 56,600 1972 268,252 1,20 9,286 26,07 57,157 1973 276,873 1,13 9,694 40,46 57,466 1974 285,771 1,06 9,542 36,21 63,263 1975 294,955 0,98 9,684 36,81 57,357 1976 304,434 0,93 10,152 39,17 51,163 1977 314,217 0,87 10,441 22,14 68,413 1978 324,315 0,81 10,496 30,97 69,994 1979 334,738 1,10 10,679 37,50 65,204 1980 345,496 1,05 10,833 27,38 78,564 1981 354,401 0,96 11,060 45,73 76,339 1982 368,135 0,91 11,338 26,63 87,309 1983 383,326 0,87 11,752 33,98 82,120 1984 399,147 0,84 12,763 26,30 97,678 1985 424,120 1,41 12,748 32,49 97,708 6.3.2. Håi quy tuyÕn tÝnh Tõ ph¬ng tr×nh (6.3.3), biÓu thøc sö dông cho tõng lÇn quan tr¾c sè liÖu cã thÓ biÓu diÔn nh sau: (6.3.4) yi   0  1 xi1  ...   k xik  є i , i  1, 2,..., n trong ®ã yi lµ sè liÖu lÇn quan tr¾c thø i cña biÕn phô thuéc, xik lµ sè liÖu lÇn quan tr¾c thø i cña biÕn ®éc lËp thø k, i lµ sai sè t¬ng øng, vµ n lµ tæng sè lÇn quan tr¾c cña bé sè liÖu. Theo d¹ng ma trËn, m« h×nh håi quy tuyÕn tÝnh t¬ng øng víi ph¬ng tr×nh (6.3.4) cã thÓ viÕt nh sau: (6.3.5) y  X є 243
H×nh 6.3.1 BiÓu ®å sö dông níc hµng n¨m theo d©n sè cho thµnh phè Austin, Texas. trong ®ã: x11 x12 K x1k   y1  1   y  x21 x22 K x2k  1 X  y   2 M  M M M M M    xn1 xn 2 K xnk   yn  1  0  є1   є     1 є=  2 M  M    k  є n  Trong ph©n tÝch håi quy, c¸c gi¶ thiÕt ®Æc trng lµ: 1. Sai sè ngÉu nhiªn t¬ng øng víi mçi lÇn quan tr¾c thêng ®îc ph©n bè víi kú väng b»ng 0 vµ ph¬ng sai  2 cha biÕt, hay lµ E(εi) = 0 vµ Var(εi) =  2 víi i = 1,2,...,n. 2. TÊt c¶ c¸c sai sè ngÉu nhiªn cã tÝnh ®éc lËp thèng kª, tøc lµ, Cov(εi, εj) = 0 víi i ≠ j. 3. Gi¸ trÞ cña c¸c biÕn ®éc lËp x1, x2,...., xk kh«ng tÝnh ®Õn sai sè ®o ®¹c. 4. BiÕn phô thuéc y lµ mét biÕn ngÉu nhiªn víi kú väng vµ ph¬ng sai lÇn lît nh sau: (6.3.6a) E ( y x1 , x2 ,..., xk )   0  1 x1  ...   k xk Var ( y x1 , x2 ,..., xk )   2 (6.3.6b) 244
Tõ c¸c ph¬ng tr×nh (6.3.6a, b), kú väng cña y lµ mét hµm tuyÕn tÝnh cña c¸c biÕn ®éc lËp trong khi ph¬ng sai cña y lµ mét h»ng sè kh«ng phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña c¸c biÕn ®éc lËp. Nãi chung, c¸c biÕn ®éc lËp x, trong ph¬ng tr×nh (6.3.3), cã thÓ lµ c¸c biÕn sè kh¸c nhau. Trong trêng hîp ®Æc biÖt, khi m« h×nh lµ mét hµm ®a thøc cña cïng mét biÕn ®éc lËp: y   0  1 x   2 x 2 ...   k x k  є (6.3.7) trong ®ã k lµ bËc cña hµm ®a thøc. Mét d¹ng thêng ®îc sö dông kh¸c cña m« h×nh håi quy tuyÕn tÝnh ®a biÕn lµ c¸c ph¬ng tr×nh (6.2.7) vµ (6.2.8) (tham kh¶o h×nh 6.3.2) lÇn lît cã d¹ng biÕn ®æi loga nh sau: y  e 0 x11 x2 2 ...xk k eє   (6.3.8) vµ e y  e0 x11 x2 2 ...xk k eє   (6.3.9) Mét nhiÖm vô quan träng cña ph©n tÝch håi quy lµ íc lîng c¸c hÖ sè håi quy  dùa trªn bé sè liÖu quan tr¾c. ë h×nh 6.3.1, cã thÓ vÏ rÊt nhiÒu ®êng th¼ng kh¸c nhau xuyªn qua c¸c ®iÓm d÷ liÖu. C©u hái ë ®©y lµ "®êng th¼ng nµo phï hîp víi sè liÖu nhÊt?" Trong ph©n tÝch håi quy, c¸c hÖ sè håi quy cha biÕt ®îc x¸c ®Þnh bëi nguyªn t¾c b×nh ph¬ng nhá nhÊt, tæng nhá nhÊt cña b×nh ph¬ng c¸c sù kh¸c nhau gi÷a sè liÖu quan tr¾c vµ kÕt qu¶ tÝnh ®îc cña biÕn phô thuéc y. Mét c¸ch chÝnh x¸c, tiªu chuÈn b×nh ph¬ng nhá nhÊt trong håi quy tuyÕn tÝnh cã thÓ ph¸t biÓu nh sau: n Minimize D   є 2 i µ µ µ  0 ,  1 ,...,  k i 1 n   ( yi  $ i ) 2 y i 1 n 2 µ µ µ    yi  ( 0   1 xi1  ...   k xik )    i 1 (6.3.10) trong ®ã D lµ tiªu chuÈn ®Ó ®¸nh gi¸ møc ®é phï hîp, yi lµ gi¸ trÞ quan tr¾c thø i, vµ $ i lµ gi¸ trÞ tÝnh to¸n thø i víi c¸c gi¸ trÞ cô thÓ cña  0 ,  1 ,....,  k , b»ng µµ µ y c«ng thøc: $ i   0   1 xi1  ...   k xik . yµ µ µ Sù x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè håi quy, vÒ c¬ b¶n, lµ mét bµi to¸n nhá, tù nhiªn víi ph¬ng tr×nh (6.3.10) nh lµ mét hµm môc tiªu. C¸c hÖ sè håi quy  cha biÕt cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng ph¸p tèi u ë phÇn 4.4. Sö dông ®iÒu kiÖn tèi 245
u cña ph¬ng tr×nh (4.4.2) gi¸ trÞ cña β lµm cho D nhá nhÊt ph¶i tháa m·n c¸c ®iÒu kiÖn sau: n  D  µ µ µ  2 ( yi   0   1 xi1  ...   k xik )  0 (6.3.11a)    0   0 , 1 ...,  k µ µ µ i 1  D  n µ µ µ  2 ( yi   0   1 xi1  ...   k xik ) xij  0, j  1, 2,..., k    j   , ...,    µ 0 µ 1 µ k i 1 (6.3.11b) C¸c ph¬ng tr×nh (6.3.11a, b) cã thÓ ®¬n gi¶n hãa thµnh c¸c ph¬ng tr×nh thêng (normal equation) víi k + 1 biÕn cha biÕt vµ k + 1 ph¬ng tr×nh. n n n n µ µ µ µ n  0   xi1  1   xi 2  2  ...   xik  k   yi i 1 i 1 i 1 i 1 n n n n n µ µ µ µ  0   xi21  1   xi1 xi 2  2 ...   xi1 xik  k   yi xi1 x i1 (6.3.12) i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 M M M M M n n n n n µ µ µ 2µ x  0   xik xi1  1   xik xi 2  2 ...   xik  k   yi xik ik i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 trong ®ã xij t¬ng øng víi lÇn quan tr¾c thø i cña j biÕn ®éc lËp, i = 1, 2, ..., n vµ j = 1, 2, ..., k. ë d¹ng ma trËn, c¸c ph¬ng tr×nh thêng (6.3.12) cã thÓ biÓu diÔn lµ: µ ( X T X )  X T y (6.3.13) trong ®ã T biÓu thÞ sù chuyÓn vÞ cña ma trËn hoÆc vect¬. Ph¬ng tr×nh (6.3.13) µ cã thÓ ®îc gi¶i theo  ®Ó thu ®îc biÓu thøc to¸n häc cña b×nh ph¬ng nhá nhÊt cña c¸c hÖ sè håi quy nh sau: µ   ( X T X )1 X T y (6.3.14) µ µµ µ trong ®ã   ( 0 ,  1 ,...,  k )T . Vµ ( X T X )1 lµ ma trËn vu«ng (k+1) × (k+1), nã lu«n cã ma trËn nghÞch ®¶o nÕu c¸c biÕn ®éc lËp lµ ®éc lËp tuyÕn tÝnh; nghÜa lµ kh«ng cã cét nµo cña ma trËn X lµ sù tæng hîp tuyÕn tÝnh cña c¸c hµng kh¸c. Khi c¸c hÖ sè håi quy ®· ®îc íc lîng, c¸c biÕn phô thuéc $ i , cã thÓ y ®îc tÝnh bëi: $     x  ...   x y i µ 0 µ 1 i1 µ (6.3.15) k ik Tham kh¶o ph¬ng tr×nh (6.3.2a), ph¬ng tr×nh nµy chØ cã mét biÕn ®éc lËp lµ d©n sè, v× thÕ k =1. G¸n x = x1, lêi gi¶i cña ph¬ng tr×nh (6.3.12) lµ: µ µ (6.3.16)  0  y  1x 246
vµ µ (6.3.17)  1  S xy / S xx trong ®ã trung b×nh cña yi vµ xi lµ: 1n 1n  yi  xi y and x n i 1 n i 1 vµ n n 2 S xx   ( xi  x)2   xi2  nx (6.3.18) i 1 i 1 n n S xy   yi ( xi  x)   yi xi  nxy (6.3.19) i 1 i 1 PhÐp H×nh Hµm tuyÕn tÝnh D ¹ng tuyÕn tÝnh biÕn ®æi y '  ln y y '  ln  0  1 x ' y   0 x 1 a, b x '  ln x y '  ln y y '  ln  0  1 x y   0 e 1x c, d y   0  1 ln x x '  ln x y   0  1 x ' e, f 1 y'  y x y y   0  1 x ' g, h 1 0 x  1 x'  x H×nh 6.3.2 C ¸c hµm tuyÕn tÝnh. Daniel vµ Wood, 1980, 247
VÝ dô 6.3.1. Dùa trªn sè liÖu ®· cho trong b¶ng 6.3.1 dùng mét ph¬ng tr×nh håi quy tuyÕn tÝnh ®¬n gi¶n gi÷a sö dông níc hµng n¨m tÝnh b»ng ac-ft (AF) víi d©n sè cho thµnh phè cña Austin, Texas phï hîp víi c¸c ®iÓm d÷ liÖu trong h×nh 6.3.1. x y  6.341.600;  1.328.538; Lêi gi¶i Tõ b¶ng 6.3.1, tÝnh ®îc n = 21; i i x 2  1.989.270.175.744; x  301.980,9; and y  63.263, 7. Tõ c¸c ph¬ng tr×nh (6.3.18) vµ i (6.3.19), tÝnh ®îc S xx  74.228.039.680, S xy  21.170.978.816. Sö dông c¸c ph¬ng tr×nh (6.3.16) vµ $ $ (6.3.17), c¸c hÖ sè håi quy cha biÕt cã d¹ng:  1  S xy / S xx  0, 2852 vµ  0  22.865, 9. M« h×nh håi quy cuèi cïng lµ: $  22.865, 9  0, 2852 x trong ®ã $ lµ tæng lîng níc sö dông hµng n¨m y y tÝnh b»ng ac-ft (AF) vµ x lµ d©n sè (tÝnh b»ng ngêi). §êng th¼ng biÓu diÔn ph¬ng tr×nh håi quy kÕt qu¶ lµ ®êng th¼ng trong h×nh 6.3.1. 6.3.3. §é chÝnh x¸c cña c¸c m« h×nh håi quy Trong ph©n tÝch håi quy, cã mét sè c¸c hÖ sè håi quy kh¸c cã Ých vµ cÇn íc tÝnh. Chóng gåm c¸c phÇn d vµ phÇn biÕn ®æi cña m« h×nh håi quy. Ta gäi sù kh¸c nhau gi÷a c¸c gi¸ trÞ quan tr¾c vµ c¸c gi¸ trÞ dù b¸o cña c¸c biÕn phô thuéc lµ c¸c phÇn d. Chóng cã thÓ ®îc íc tÝnh bëi ei  yi  $ i  yi  ( 0   1 xi1  ...   k xik ), µ µ µ (6.3.20) y i  1, 2,..., n C¸c phÇn d ®ãng vai trß quan träng trong viÖc kiÓm tra sù phï hîp cña kÕt qu¶ cña m« h×nh håi quy. Ph¬ng sai cña m« h×nh håi quy s 2 b»ng n  ei2 eT e s2  i 1 (6.3.21)  n  (k  1) n  k 1 trong ®ã e  (e1 , e2 ,..., en )T lµ vÐct¬ cña c¸c sai sè. Tö sè cña ph¬ng tr×nh (6.3.21) ®îc gäi lµ bËc tù do, cã ®îc b»ng c¸ch tÝnh hiÖu cña mét sè c¸c hÖ sè håi quy cha biÕt trong m« h×nh tõ mét sè c¸c d÷ liÖu quan tr¾c. C¨n bËc hai cña ph¬ng sai cña m« h×nh (s) ®îc gäi lµ ®é lÖch chuÈn. H¬n n÷a, gi¸ trÞ cña hÖ sè x¸c ®Þnh gi÷a biÕn phô thuéc y vµ c¸c biÕn håi quy ®éc lËp cã thÓ ®îc tÝnh nh sau n  ei2 SSe r2  1 i 1 (6.3.22)  1 n S yy 2  ( yi  y ) i 1 n n víi SSe   i 1 ei2 lµ tæng b×nh ph¬ng phÇn d vµ S yy   i 1 ( yi  y )2 ®îc gäi lµ tæng b×nh ph¬ng cña gi¸ trÞ trung b×nh cña biÕn phô thuéc. HÖ sè x¸c ®Þnh cã gi¸ trÞ trong kho¶ng tõ 0 ®Õn 1 m« t¶ phÇn tr¨m biÕn thiªn cña biÕn phô thuéc y mµ kÕt qu¶ cña ph¬ng tr×nh håi quy gi¶i thÝch ®îc. Do vËy, sè h¹ng ( SSe / S yy ) trong ph¬ng tr×nh (6.3.22) cho biÕt phÇn biÕn ®æi cña y cha ®îc gi¶i thÝch bëi m« h×nh håi quy. 248