專利名稱：通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水資源短缺預(yù)警預(yù)測方法領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)區(qū)域水資源短缺問題基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著全球氣候變化的加劇和社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水的增加，水資源短缺已經(jīng)成為21世紀(jì)人類繼全球氣候變暖之后所面臨的第二大自然和社會(huì)問題。2007年世界水日聯(lián)合國就已經(jīng)開始關(guān)注“應(yīng)對(duì)水短缺”問題，這表明水資源危機(jī)已經(jīng)成為國際社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。而在我國，由于降雨從南到北逐漸降低，北方地區(qū)長期面臨著水資源短缺的問題，70年代以 來，海河、黃河、遼河等流域的水量就已經(jīng)大幅減少，甚至斷流。近年來，在全球變暖的背景下，我國水資源最為豐富的西南地區(qū)也出現(xiàn)了歷史罕見的干旱氣候，瀾滄江、烏江、嘉陵江等江河水位急劇下降，不斷突破歷史最低，由此引起了一系列影響社會(huì)穩(wěn)定和環(huán)境健康的問題，如生態(tài)需水不足，湖泊富營養(yǎng)化嚴(yán)重等。這表明水資源短缺問題已經(jīng)成為我國環(huán)境資源諸問題中的關(guān)鍵因素和首要難題。因此，研究構(gòu)建一套綜合考慮水質(zhì)水量水生態(tài)的水資源短缺預(yù)警預(yù)報(bào)體系，并及時(shí)制定應(yīng)對(duì)水資源短缺的應(yīng)急預(yù)案已是刻不容緩，這對(duì)于維護(hù)社會(huì)安定、保障環(huán)境安全具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是，目前對(duì)于水資源短缺預(yù)警的研究往往更為關(guān)注水資源系統(tǒng)中徑流、降雨量和土壤相對(duì)濕度等水量指標(biāo)，通過分析其變化規(guī)律來預(yù)測水資源短缺的風(fēng)險(xiǎn)，或是僅僅通過分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)需水是否得到滿足來預(yù)警水資源危機(jī)。然而，水資源系統(tǒng)是一個(gè)與社會(huì)，經(jīng)濟(jì)，生態(tài)，環(huán)境密切相關(guān)的復(fù)合反饋系統(tǒng)，水資源短缺會(huì)導(dǎo)致生態(tài)需水的匱乏，影響水環(huán)境質(zhì)量，反之生態(tài)破壞，環(huán)境污染同樣會(huì)引起可用水資源的銳減，從而進(jìn)一步加劇水資源短缺狀況。因此綜合分析水量、水質(zhì)和水生態(tài)要素之間的響應(yīng)關(guān)系，將水質(zhì)和水生態(tài)要素考慮到水資源短缺預(yù)警系統(tǒng)中是十分科學(xué)和必要的?；谒到y(tǒng)的復(fù)雜性，一些學(xué)者選用了擅長研究動(dòng)態(tài)和非線性復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型來對(duì)水安全進(jìn)行預(yù)警，但仍是偏重于對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)水量變化的模擬和預(yù)測，這表明僅僅依靠系統(tǒng)方程來實(shí)現(xiàn)對(duì)水生態(tài)和水環(huán)境變化的預(yù)警是不夠的，只有加入專門的水質(zhì)模型，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源危機(jī)的綜合預(yù)警。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的為提供一種通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，該方法將水質(zhì)模型與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型相結(jié)合以構(gòu)建一套水資源短缺預(yù)警體系，有助于提高其科學(xué)性、有效性和
定量性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，首先通過如下步驟建立水資源模型(I)根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的規(guī)律，構(gòu)建社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)的水動(dòng)力學(xué)模型，生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)由湖泊河流生態(tài)子系統(tǒng)及區(qū)域供水子系統(tǒng)構(gòu)成；(2)選擇適當(dāng)?shù)乃|(zhì)模型，定量分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)所排放的污染物進(jìn)入到水環(huán)境后水質(zhì)變化的響應(yīng)關(guān)系以及供水子系統(tǒng)中水量變化對(duì)水質(zhì)的影響機(jī)制，在此基礎(chǔ)上將水環(huán)境子系統(tǒng)嵌入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)的水動(dòng)力學(xué)模型中，從而構(gòu)建起能夠從水質(zhì)水量兩方面進(jìn)行綜合預(yù)警的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；再根據(jù)系統(tǒng)模型通過如下步驟得出水資源危機(jī)應(yīng)急調(diào)控策略(I)通過對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)供需水量以及水環(huán)境質(zhì)量變化的模擬仿真，得到該區(qū)域的水資源短缺警情等級(jí)；(2)通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)來模擬其對(duì)水資源危機(jī)警情的影響，并結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)急調(diào)控策略進(jìn)行分析，并 對(duì)應(yīng)急調(diào)控策略的優(yōu)化提供依據(jù)。
所述生態(tài)系統(tǒng)的水動(dòng)力模型包括區(qū)域供水子系統(tǒng)及需水子系統(tǒng)。所述供水子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見說明書附圖
2，供水量約束方程為(I) Sff (t) = SKt-A t) + [I (t) +P (t) +Ed (t) -E (t) _0 (t) -SS (t) -SE (t) ] * A t ;⑵TS (t) = Sff (t) +SS (t) +GS ⑴。所述需水子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見說明書附圖3中包括工業(yè)需水量、農(nóng)業(yè)需水量、生活需水量、生態(tài)需水量、總需水量。所述工業(yè)需水量的需水量約束方程為(l)IV(t) = IV (t-At)+IV (t-At)K1 (t) * A t ; (2) D1 (t) = IV (t) ^A1 ； (3) IR(t) = D1 (t) *ratiol ； (4) Iff (t) = D1 (t) ratio20所述農(nóng)業(yè)需水量的需水約束方程為(I) Da (t) =E SrWVto (t)；⑵AR (t)=DA(t)*ratio3 ； (3) Aff (t) = DA(t) *ratio4。所述生活需水量的需水量約束方程為(l)NP(t) = NP (t-At)+NP (t-At)Kd (t) * A t ; (2) Dd (t) = NP (t) *Ad ； (3) DR (t) = Dd (t) *ratio5 ； (4) Dff (t) = Dd (t) *ratio6。
權(quán)利要求
1.通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于，首先通過如下步驟建立水資源模型 (1)根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的規(guī)律，構(gòu)建社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)的水動(dòng)力學(xué)模型，生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)由湖泊河流生態(tài)子系統(tǒng)及區(qū)域供水子系統(tǒng)構(gòu)成； (2)選擇適當(dāng)?shù)乃|(zhì)模型，定量分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)所排放的污染物進(jìn)入到水環(huán)境后水質(zhì)變化的響應(yīng)關(guān)系以及供水子系統(tǒng)中水量變化對(duì)水質(zhì)的影響機(jī)制，在此基礎(chǔ)上將水環(huán)境子系統(tǒng)嵌入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)的水動(dòng)力學(xué)模型中，從而構(gòu)建起能夠從水質(zhì)水量兩方面進(jìn)行綜合預(yù)警的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型； 再根據(jù)系統(tǒng)模型通過如下步驟得出水資源危機(jī)應(yīng)急調(diào)控策略 (1)通過對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)供需水量以及水環(huán)境質(zhì)量變化的模擬仿真，得到該區(qū)域的水資源短缺警情等級(jí)； (2)通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)來模擬其對(duì)水資源危機(jī)警情的影響，并結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)急調(diào)控策略進(jìn)行分析，并對(duì)應(yīng)急調(diào)控策略的優(yōu)化提供依據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于所述生態(tài)系統(tǒng)的水動(dòng)力模型包括區(qū)域供水子系統(tǒng)及需水子系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于所述供水量約束方程為 (1)Sff (t) = Sff(t-A t) + [I (t) +P (t) +Ed (t) -E (t) -O (t) -SS (t) -SE (t) ] * A t ; (2)TS (t) = Sff (t) +SS (t) +GS (t)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于所述需水子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中包括總需水量，所述總需水量由工業(yè)需水量、農(nóng)業(yè)需水量、生活需水量、生態(tài)需水量構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于所述工業(yè)需水量的需水量約束方程為(l)IV(t) = IV (t- A t) +IV (t- A t) K1 (t) * A t ； (2) D1 (t)=IV (t) ^A1 ； (3) IR(t) = D1 (t) *ratiol ； (4) Iff (t) =D1Uhratic^
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于所述農(nóng)業(yè)需水量的需水約束方程為(I)Da(t) =E Sn*AAn(t) ； (2)AR(t) = Da(t)*ratio3 ；(3)Aff(t) = DA(t)*ratio4。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于所述生活需水量的需水量約束方程為 (I)NP (t) = NP (t- A t) +NP (t- A t) Kd (t) * A t ; (2) Dd (t) = NP (t) *AD ； (3)DR(t)= Dd (t) *ratio5 ； (4) Dff (t) = Dd (t) *ratio6。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于所述生態(tài) 需水量的需水量約束方程為
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于所述總需水量的需水量約束方程為D = Dj+Da+Db+De-IR-AR-DRo
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，其特征在于所述水環(huán)境子系統(tǒng)的約束方程為(1)Sff(t)C(t) = Sff (t) C (t- A t) + [I (t) C1 (t) +Ed (t) Ce (t) -O (t) C (t) +kC (t) Sff (t)]A t ； (2)Ed(t)= Iff (t)+Aff (t)+Dff (t) o
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過構(gòu)建水資源模型來預(yù)警的方法，首先通過如下步驟建立水資源模型(1)根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的規(guī)律，構(gòu)建社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)的水動(dòng)力學(xué)模型，生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)由湖泊河流生態(tài)子系統(tǒng)及區(qū)域供水子系統(tǒng)構(gòu)成；(2)選擇適當(dāng)?shù)乃|(zhì)模型，定量分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)所排放的污染物進(jìn)入到水環(huán)境后水質(zhì)變化的響應(yīng)關(guān)系以及供水子系統(tǒng)中水量變化對(duì)水質(zhì)的影響機(jī)制，在此基礎(chǔ)上將水環(huán)境子系統(tǒng)嵌入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)的水動(dòng)力學(xué)模型中，從而構(gòu)建起能夠從水質(zhì)水量兩方面進(jìn)行綜合預(yù)警的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；該系統(tǒng)將水質(zhì)模型與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型相結(jié)合以構(gòu)建一套水資源短缺預(yù)警體系，有助于提高其科學(xué)性、有效性和定量性。
文檔編號(hào)E02B1/02GK102787582SQ201110130278
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者王烜, 譚雅懿 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)