CN105426993A - 一种流域水环境安全预警方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种流域水环境安全预警方法及系统，所述方法包括：根据模型特点要素对模型进行调研、分析和选取，所述模型包括社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型；对选取的模型进行集成；利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果；根据预测结果形成预警判断，提供警示信息。通过设置社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型，并对模型进行选取和集成，能够适应不同的场景、环境和要求，全面综合的生成水环境安全预警，提高水环境安全预警的稳定性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及水资源控制与管理技术领域，特别是指一种流域水环境安全预警方法及系统。
背景技术
近年来，随着各种水污染突发事故的频发，国外学者开始关注水环境安全预警模型研究，其中，以欧洲针对事故应急处理建立的莱茵河国际预警系统和多瑙河水质突发事故预警系统等较具代表性。这些预警系统在多起水污染事件应急处理中得到了应用，降低了水污染突发事故的影响。90年代开始，国内学者逐步在水环境安全预警理论体系、预警技术手段方面展开探索。其中，预警模型相关研究亦主要侧重于突发型风险预警需求，多采用单一水质模拟模型、重点实现水体水质对特定污染源的响应模拟功能。但这种模型功能单一无法适应复杂环境的综合预警。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种流域水环境安全预警方法及系统，能够综合多个模型进行水环境安全预警。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种流域水环境安全预警方法，所述流域水环境安全预警方法包括：
根据模型特点要素对模型进行调研、分析和选取，所述模型包括社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型；
对选取的模型进行集成；
利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果；
根据预测结果形成预警判断，提供警示信息。
优选的，所述社会经济与资源利用模型，用于从时间序列上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，模拟和预测出不同发展和规划情景下的人口、产业关键指标变化状况；
所述土地利用预测模型，用于从空间格局上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，诊断土地利用格局历史变化特征，模拟预测未来变化趋势；
所述流域面源污染负荷模拟模型，用于从数量和结构上识别流域人类活动对水环境安全的直接压力，模拟和预测不同警源影响下的主要污染物排放量的变化状况；
所述流域水环境水动力水质模拟模型，用于模拟和预测不同警兆条件下的水环境质量响应状况。
优选的，所述模型特点要素包括模型适用范围、模拟优势、复杂程度、数据要求、应用成熟度与广泛度中的至少一种。
优选的，所述对选取的模型进行集成，包括：
根据集成模型框架、单个模型功能、模型之间的数据信息对接和耦合关注要素进行选取模型的集成。
优选的，所述利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果，包括：
采用研究区环境基础数据，运用集成的模型对水环境进行模拟，并针对不同情景条件对未来各关键要素变化进行预测，得到预测结果；
优选的，所述根据预测结果形成预警判断，提供警示信息，包括：
确定研究区预警指标和预警级别划分，结合模拟预测结果，形成不同情景的预警判断，提供警示信息。
优选的，所述对选取的模型进行集成，包括：
社会经济与资源利用模型根据不同情境对模型中所有变量进行初始化，输出流域内所有社会经济关键指标和主要污染物点源负荷的年度预测值；
土地利用预测模型转换规则通过用户指定的土地转换适宜性图集演化，基于模型模拟得出不同情景各年份的土地利用情况，预测年份结果可以直接作为流域面源污染负荷模拟模型面源负荷预测的重要输入文件；
流域面源污染负荷模拟模型模拟的非点源污染物通量结果在子流域汇流点逐日输出；
流域水环境水动力水质模拟模型将社会经济与资源利用模型输出的流域内所有社会经济关键指标和主要污染物点源负荷的年度预测值与流域面源污染负荷模拟模型在预测年份的面源负荷预测结果转化为流域水环境水动力水质模拟模型所需的流量和点源输入条件，综合上下游的流量和水质监测数据、已有的水下地形数据和区域内断面的水文水质数据，进一步模拟得出流域内主要断面的水动力水质变化趋势。
优选的，所述警示信息包括当前预警信息和变化趋势预警信息；
若当前的状态超过预先设定的当前预警阈值时，发出当前警示信息；若当前的状态没有超过预先设定的当前预警阈值，但在预先设定的时间范围内变化幅度和恶化趋势超过预先设定的变化趋势阈值时，发出变化趋势警示信息。
本发明还提供一种流域水环境安全预警系统，所述流域水环境安全预警系统包括：
模型选取模块，用于根据模型特点要素对模型进行调研、分析和选取，所述模型包括社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型；
模型集成模块，用于对选取的模型进行集成；
预测结果模块，用于利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果；
预警判断模块，用于根据预测结果形成预警判断，提供警示信息。
优选的，所述模型选取模块包括：
社会经济与资源利用子模块，用于从时间序列上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，模拟和预测出不同发展和规划情景下的人口、产业关键指标变化状况；
土地利用预测子模块，用于从空间格局上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，诊断土地利用格局历史变化特征，模拟预测未来变化趋势；
流域面源污染负荷模拟子模块，用于从数量和结构上识别流域人类活动对水环境安全的直接压力，模拟和预测不同警源影响下的主要污染物排放量的变化状况；
流域水环境水动力水质模拟子模块，用于模拟和预测不同警兆条件下的水环境质量响应状况。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过设置社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型，并对模型进行选取和集成，能够适应不同的场景、环境和要求，全面综合的生成水环境安全预警，提高水环境安全预警的稳定性和准确性。
附图说明
图1为本发明实施例的流域水环境安全预警方法流程图；
图2为本发明实施例的流域水环境安全预警系统结构框图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明的实施例一种流域水环境安全预警方法，所述流域水环境安全预警方法包括：
步骤101：根据模型特点要素对模型进行调研、分析和选取，所述模型包括社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型。
步骤102：对选取的模型进行集成。
步骤103：利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果。
步骤104：根据预测结果形成预警判断，提供警示信息。
本发明实施例的流域水环境安全预警方法，通过设置社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型，并对模型进行选取和集成，能够适应不同的场景、环境和要求，全面综合的生成水环境安全预警，提高水环境安全预警的稳定性和准确性。
优选的，所述社会经济与资源利用模型，用于从时间序列上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，模拟和预测出不同发展和规划情景下的人口、产业关键指标变化状况；
所述土地利用预测模型，用于从空间格局上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，诊断土地利用格局历史变化特征，模拟预测未来变化趋势；
所述流域面源污染负荷模拟模型，用于从数量和结构上识别流域人类活动对水环境安全的直接压力，模拟和预测不同警源影响下的主要污染物排放量的变化状况；
所述流域水环境水动力水质模拟模型，用于模拟和预测不同警兆条件下的水环境质量响应状况。
其中，社会经济与资源利用模型具有注重系统的内部机制与结构，强调单元之间的关系与信息反馈，擅长处理高阶次、多回路和非线性的时变复杂系统的问题，且具备实现多情景模拟预测等优势。土地利用预测模型模型综合了元胞自动机模型模拟复杂系统空间变化的能力和马尔科夫预测模型长期预测的优势，提高了土地利用类型转化的预测精度，可以有效地模拟土地利用格局的空间变化。流域面源污染负荷模拟模型具有很强的物理基础，其划分水文响应单元的方法比较科学，适合于流域长时间尺度的水文循环和物质循环研究，具有强大的模型数据库、参数库和计算效率高等特点，且其自带的天气发生器可用于解决部分数据的缺失问题，模型源代码公开且能够免费下载，便于改进及与其它模型之间的耦合。流域水环境水动力水质模拟模型模型具有极强的问题适应能力，可以用于零维、一维、二维和三维水环境模拟。流域水环境水动力水质模拟模型源代码完全公开，其所采用的数学模型和数值方法具有国际领先水平，并且提供了良好的水动力、水质、沉积物模型接口。
优选的，所述模型特点要素包括模型适用范围、模拟优势、复杂程度、数据要求、应用成熟度与广泛度中的至少一种。
优选的，所述对选取的模型进行集成，包括：
根据集成模型框架、单个模型功能、模型之间的数据信息对接和耦合关注要素进行选取模型的集成。
优选的，所述利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果，包括：
采用研究区环境基础数据，运用集成的模型对水环境进行模拟，并针对不同情景条件对未来各关键要素变化进行预测，得到预测结果；
优选的，所述根据预测结果形成预警判断，提供警示信息，包括：
确定研究区预警指标和预警级别划分，结合模拟预测结果，形成不同情景的预警判断，提供警示信息。
优选的，所述对选取的模型进行集成，包括：
社会经济与资源利用模型根据不同情境对模型中所有变量进行初始化，输出流域内所有社会经济关键指标和主要污染物点源负荷的年度预测值；
其中，社会经济与资源利用模型可以根据不同情境对模型中所有变量进行初始化之后，最终可以输出流域内所有社会经济关键指标(如总人口、GDP)和主要污染物(如CODCr、总氮)点源负荷的年度预测值，以txt或excel格式文件保存。与水动力水质模型耦合时，参考流域内现有的点源排污结构，将年度总负荷分配到各个污染源作为点源污染负荷输入。以人口发展规模和城镇化水平为主要表征参数、各类产业增长速度以及产业结构的变化为表征参数。
土地利用预测模型转换规则通过用户指定的土地转换适宜性图集演化，基于模型模拟得出不同情景各年份的土地利用情况，预测年份结果可以直接作为流域面源污染负荷模拟模型面源负荷预测的重要输入文件；
其中，土地利用预测模型中转换规则可以通过用户指定的土地转换适宜性图集来演化，基于模型模拟得出不同情景各年份的土地利用情况。模型结果以shp文件格式保存，预测年份结果可以直接作为流域面源污染负荷模拟模型面源负荷预测的重要输入文件。
流域面源污染负荷模拟模型模拟的非点源污染物通量结果在子流域汇流点逐日输出；
其中，流域面源污染负荷模拟模型模拟的非点源污染物通量结果在子流域汇流点逐日输出，以excel文件格式保存，包含汇流点空间位置、流量及污染物浓度数据。与流域水环境水动力水质模拟模型耦合时，直接在模型中将汇流点对应位置的网格点设置为点源，并将该点的流量和污染物浓度时间序列拷贝到模型中对应的流量点源文件和污染物点源文件中，纳入模型整体的水动力水质计算。
流域水环境水动力水质模拟模型将社会经济与资源利用模型输出的流域内所有社会经济关键指标和主要污染物点源负荷的年度预测值与流域面源污染负荷模拟模型在预测年份的面源负荷预测结果转化为流域水环境水动力水质模拟模型所需的流量和点源输入条件，综合上下游的流量和水质监测数据、已有的水下地形数据和区域内断面的水文水质数据，进一步模拟得出流域内主要断面的水动力水质变化趋势。
其中，全部结果均可以以.out二进制格式输出，关注点或断面的时间序列等其他数据，可通过EE处理后给出。
优选的，所述警示信息包括当前预警信息和变化趋势预警信息；
若当前的状态超过预先设定的当前预警阈值时，发出当前警示信息；若当前的状态没有超过预先设定的当前预警阈值，但在预先设定的时间范围内变化幅度和恶化趋势超过预先设定的变化趋势阈值时，发出变化趋势警示信息。
其中，预警模型所能提供的是模型输出原始变量的预测结果。部分变量具有代表性、可比性，具有警示意义，能够反映过程预警各要素的状况和趋势，可以直接作为预警指标纳入预警判断。否则，则需要选取其他代表性预警指标，对原始变量数据结果加工来计算预警指标预测值，纳入预警判断。预警指标的选择，仍需按照过程预警的原则，覆盖过程预警中各关键要素，预警指标的评判标准值，可采用文献调研、区域对比、参考国内外标准等方法予以确定。
水环境安全预警的内涵，包括了当前的状态预警和一个时段内的变化趋势预警。若当前的状态较差，必然发出警示；若当前的状态尚好，不足以发出警示，但当前和过去相比，该时段内的变化幅度和恶化趋势足以值得关注，亦应提出警示。
本发明实施例的一种流域水环境安全预警系统，如图2所示，所述流域水环境安全预警系统包括：
模型选取模块201，用于根据模型特点要素对模型进行调研、分析和选取，所述模型包括社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型；
模型集成模块202，用于对选取的模型进行集成；
预测结果模块203，用于利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果；
预警判断模块204，用于根据预测结果形成预警判断，提供警示信息。
优选的，所述模型选取模块包括：
社会经济与资源利用子模块211，用于从时间序列上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，模拟和预测出不同发展和规划情景下的人口、产业关键指标变化状况；
土地利用预测子模块212，用于从空间格局上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，诊断土地利用格局历史变化特征，模拟预测未来变化趋势；
流域面源污染负荷模拟子模块213，用于从数量和结构上识别流域人类活动对水环境安全的直接压力，模拟和预测不同警源影响下的主要污染物排放量的变化状况；
流域水环境水动力水质模拟子模块214，用于模拟和预测不同警兆条件下的水环境质量响应状况。
本发明实施例的流域水环境安全预警系统，采用的方法为流域水环境安全预警方法，因此流域水环境安全预警系统的特征与流域水环境安全预警方法相同，在此不再赘述。
实施例
澎溪河位于三峡库区腹心地带，地理位置介于北纬30°50′～31°42′，东经107°56′～108°54′之间，流域面积5172.5km2，主要分布在重庆市开县、云阳两县境内。流域总人口196万，主河长182.4km，多年平均径流量34.1亿m3。澎溪河河口距库首约208km，距库尾约379km，是成库后淹没面积最大、消落面积最大的支流，具代表性。伴随三峡工程的建设运行，干支流物质交换加剧、支流水动力条件明显变差，支流水质恶化及富营养化问题突出。
综合考虑流域水质特征、区域发展压力等多方面因素，将总磷、总氮和有机污染物确定为水质预警的主要因子。澎溪河流域水系及水质监测断面见图2，水质监测断面主要包括津关、巫山、乌杨大坝、木桥、渠口、渠马渡口、高阳渡口和苦草沱等。
对于社会经济警源要素，着眼于澎溪河流域社会经济发展、环境治理实际、流域相关规划，在地方调研和专家咨询的基础上，设计未来发展的3种代表性情景方案，分别代表人口产业自然增长模式、人口产业发展实现有效调控、环境污染实现有效治理的三种状况，其运行结果代表澎溪河流域社会经济系统的不同发展态势。
对于土地利用警源要素，选取澎溪河流域土地利用预测的1种最优情景参与集成。该情景中，既考虑了历史演变规律对空间上各土地利用像元变化的驱动，亦纳入了流域宏观政策和规划对土地利用相关因子的限制(如建设用地坡度限制、三峡水库蓄水完成后水域面积拓展速度限制)，代表了土地利用空间格局较为合理的发展态势。情景方案见表1。
表1澎溪河流域水环境安全预警模拟情景设计
模拟结果
根据上述三种不同社会经济发展情景，采用社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型模拟进行澎溪河流域社会经济、土地利用、污染负荷模拟预测。流域水环境水动力水质模拟模型模拟澎溪河水动力水质时，将情景一、情景二和情景三中社会经济与资源利用模型模拟污染负荷结果均以工业点源(工业园区)和生活点源(城镇)作为直接输入河流的点源污染负荷，而基于土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型模拟所得的水量和面源污染负荷作为汇流点处输入河流的水量和污染负荷，对应实施3种情景下的水动力水质模拟。在流域水环境水动力水质模拟模型中，河床底摩擦系数n取值在0.025～0.035之间，CODMn、总氮和总磷对应的降解系数取值
范围分别为：0.007～0.016，0.006～0.015和0.005～0.012[35]。
澎溪河流域在三种不同社会经济发展模式下的模拟结果表明：①自然增长模式下(情景一)，伴随流域经济快速发展与人口持续增长，2020年CODCr、总氮、总磷点源负荷分别为基准年的1.7、2.0以及1.6倍，水环境质量持续恶化，各水质监测断面的CODMn、总磷、总氮年平均浓度均持续增长。其中，上游来水断面水质影响不大，中游断面水质恶化趋势最为严重。以乌杨大坝断面为例，2020年CODMn、总氮、总磷年平均浓度为4.26mg/L，1.9mg/L和0.073mg/L，相对2010分别增长52％、73％和28％。②经济人口调控模式下(情景二)，放慢了工业发展速度，但GDP年均增速仍在12％以上，第三产业比重由基准年的37.5％上升至2020年52.9％，流域产业结构进一步优化，有利于人民生活水平的提高；污染负荷排放强度有所降低，CODCr、总氮点源负荷较情景一分别下降了5.4％、6.3％，水环境质量相对情景一变化不大。③环境保护模式下(情景三)，在经济良好增长、人口稳定情况下，随着流域污染治理力度的加大，促进了对污染负荷的大幅削减，与情景二相比，CODCr、总氮及总磷点源负荷分别下降了29.6％、33.0％、71.4％，水环境质量亦有改善，2020年乌杨大坝断面CODMn、总氮、总磷年平均浓度为3.16mg/L，1.35mg/L和0.053mg/L，相对2010分别增长13％、23％和-7％。此外，三种情景下，建设用地的不断扩展是土地利用变化的重要特征，水田、旱地、林草地有不同程度的减少，水域面积在2010年三峡库区首次实现175m正常蓄水位后保持总体稳定。受土地利用格局转化的影响(尤其，二级分类体系下，部分土地类型的增多，如园地)，农业面源污染负荷仍呈增加态势。
表2澎溪河流域水环境安全多情景预警模拟结果
预警判定结果
考虑到数据可得性、指标代表性等因素，根据相关文献调研、结合流域实际，初步选取人口密度、GDP增长率、建设用地动态度、单位土地面积的污染负荷(CODCr/TN/TP),水体污染物浓度(CODMn/TN/TP)作为澎溪河水环境安全过程预警指标，分别代表社会经济、土地利用、污染负荷、水环境质量4个方面的控制要素。其中，水环境质量类的预警指标标准值直接采用国家地表水标准的Ⅲ类限值，且由于三峡库区支流类似湖泊型水体，TP浓度取湖库水体限值。社会经济、污染负荷类的预警指标标准值采用历史时段(2005-2010年)三峡库区及其上游流域的区域参照值。土地利用的预警指标标准值从统计学意义上，将10％的显著变化作为状态预警限值。预警级别的判定采用1.3节的方法，其中，对于趋势预警，考虑到澎溪河流域经济相对不发达、地处山区、且位于淡水资源战略储备库的三峡水库高功能水域，据此，从统计学意义上，选择较为保守的变化幅度作为趋势预警的划分标准，即恶化趋势≥5％则发出警示。
根据表3澎溪河流域水环境安全预警结果，三种情景模式下，人口密度均处于中警状态，且变化态势稳定；GDP增长率近期处于中-重警状态，远期在情景二、情景三调控模式下无警，但变化幅度在预测时段内仍较大，未来社会经济发展成为库区水环境安全的重要胁迫。建设用地动态度总体处于无警状态，但上升态势较明显，发出了趋势预警的警示，土地利用变化是水环境安全的潜在压力。单位面积的污染负荷在三种情景下总体处于中-重警状态，尤其TP负荷的状态预警级别均为重警，当前的污染负荷状况已然对水环境安全构成威胁。以乌杨大坝断面为代表的水环境质量在情景一和情景二下均较差，TN、TP处于中-重警状态，CODMn浓度恶化趋势明显；情景三相对较好，CODMn和TP处于无警和轻警状态，TN处于中警状态，各指标变化趋势平稳，但总体上水质并不乐观。水质作为警情要素，在各情景下的状态响应与压力要素状况体现出一致性。
表3澎溪河流域水环境安全预警判定结果
结论
流域水环境安全预警模型是实现非突发事故条件下(常态条件下)的水环境安全预警的重要工具。该研究着眼流域-水体作用过程，构建了基于过程控制的流域水环境安全预警模型框架，并将其应用于三峡库区典型支流澎溪河流域，实现了研究区多情景的模拟预测和预警。相关结论如下：
①流域水环境安全的内涵是流域人类活动与水体之间的协调发展，据此，预警模型框架必须遵循“过程预警”原则，综合考虑流域-水体作用过程中的关键要素，避免仅针对水体自身状态进行预测预警。
②基于过程控制的流域水环境安全综合预警模型框架，以水环境质量为预警评价终点，其核心是社会经济-土地利用-负荷排放-水动力水质多个模块集成的流域水环境安全预警综合模型，从而用于警源、警兆、警情等过程控制要素的模拟预测；模型框架强调水环境安全状态预警、趋势预警并重，并以此作为预警级别划分、表征符号设计的基础。
③结合案例区实际所构建的澎溪河流域水环境安全综合预警模型，分别采用了社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型等来完成社会经济、土地利用、面源污染和水动力水质等4个核心模块的模拟，并实现了不同模型之间的耦合集成。
④设计了案例区自然增长模式(情景一)、经济人口调控模式下(情景二)、环境保护模式(情景三)3种情景。各情景条件下的水环境安全模拟预测和预警结果显示：未来人口密度在各情景下均处于中警状态但变化态势稳定；GDP增长率近期处于中-重警状态，远期有所好转；建设用地动态度总体处于无警状态，但发出了趋势预警的警示；单位面积的污染负荷总体处于中-重警状态，尤其TP负荷预警级别在三种情景下均为重警；水环境质量以情景三条件下状态最好，各指标变化趋势平稳，但TP、TN亦出现轻-中警，水质并不乐观。
⑤案例研究证明了所提出的预警模型框架适用性。但模型框架中的预警综合模型各个模块属于松散型耦合，各模块运转的数据要求、时空尺度均有差异，模块之间的衔接仍然耗时耗力，如何实现各模块之间更有机的耦合是下一步的研究工作，而社会经济发展中各种不确定性因素对模型模拟结果的影响也是需要考虑的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种流域水环境安全预警方法，其特征在于，所述流域水环境安全预警方法包括：
根据模型特点要素对模型进行调研、分析和选取，所述模型包括社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型；
对选取的模型进行集成；
利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果；
根据预测结果形成预警判断，提供警示信息。
2.根据权利要求1所述的流域水环境安全预警方法，其特征在于，所述社会经济与资源利用模型，用于从时间序列上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，模拟和预测出不同发展和规划情景下的人口、产业关键指标变化状况；
所述土地利用预测模型，用于从空间格局上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，诊断土地利用格局历史变化特征，模拟预测未来变化趋势；
所述流域面源污染负荷模拟模型，用于从数量和结构上识别流域人类活动对水环境安全的直接压力，模拟和预测不同警源影响下的主要污染物排放量的变化状况；
所述流域水环境水动力水质模拟模型，用于模拟和预测不同警兆条件下的水环境质量响应状况。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的流域水环境安全预警方法，其特征在于，所述模型特点要素包括模型适用范围、模拟优势、复杂程度、数据要求、应用成熟度与广泛度中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的流域水环境安全预警方法，其特征在于，所述对选取的模型进行集成，包括：
根据集成模型框架、单个模型功能、模型之间的数据信息对接和耦合关注要素进行选取模型的集成。
5.根据权利要求1所述的流域水环境安全预警方法，其特征在于，所述利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果，包括：
采用研究区环境基础数据，运用集成的模型对水环境进行模拟，并针对不同情景条件对未来各关键要素变化进行预测，得到预测结果。
6.根据权利要求1所述的流域水环境安全预警方法，其特征在于，所述根据预测结果形成预警判断，提供警示信息，包括：
确定研究区预警指标和预警级别划分，结合模拟预测结果，形成不同情景的预警判断，提供警示信息。
7.根据权利要求1或4任意一项所述的流域水环境安全预警方法，其特征在于，所述对选取的模型进行集成，包括：
社会经济与资源利用模型根据不同情境对模型中所有变量进行初始化，输出流域内所有社会经济关键指标和主要污染物点源负荷的年度预测值；
土地利用预测模型转换规则通过用户指定的土地转换适宜性图集演化，基于模型模拟得出不同情景各年份的土地利用情况，预测年份结果可以直接作为流域面源污染负荷模拟模型模面源负荷预测的重要输入文件；
流域面源污染负荷模拟模型模拟的非点源污染物通量结果在子流域汇流点逐日输出；
流域水环境水动力水质模拟模型将社会经济与资源利用模型输出的流域内所有社会经济关键指标和主要污染物点源负荷的年度预测值与流域面源污染负荷模拟模型在预测年份的面源负荷预测结果转化为流域水环境水动力水质模拟模型所需的流量和点源输入条件，综合上下游的流量和水质监测数据、已有的水下地形数据和区域内断面的水文水质数据，进一步模拟得出流域内主要断面的水动力水质变化趋势。
8.根据权利要求1所述的流域水环境安全预警方法，其特征在于，所述警示信息包括当前预警信息和变化趋势预警信息；
若当前的状态超过预先设定的当前预警阈值时，发出当前警示信息；若当前的状态没有超过预先设定的当前预警阈值，但在预先设定的时间范围内变化幅度和恶化趋势超过预先设定的变化趋势阈值时，发出变化趋势警示信息。
9.一种流域水环境安全预警系统，其特征在于，所述流域水环境安全预警系统包括：
模型选取模块，用于根据模型特点要素对模型进行调研、分析和选取，所述模型包括社会经济与资源利用模型、土地利用预测模型、流域面源污染负荷模拟模型和流域水环境水动力水质模拟模型；
模型集成模块，用于对选取的模型进行集成；
预测结果模块，用于利用研究区环境数据，运用集成的模型对水环境进行模拟和预测，得到预测结果；
预警判断模块，用于根据预测结果形成预警判断，提供警示信息。
10.根据权利要求9所述的流域水环境安全预警系统，其特征在于，所述模型选取模块包括：
社会经济与资源利用子模块，用于从时间序列上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，模拟和预测出不同发展和规划情景下的人口、产业关键指标变化状况；
土地利用预测子模块，用于从空间格局上识别流域人类活动对水环境安全的风险胁迫，诊断土地利用格局历史变化特征，模拟预测未来变化趋势；
流域面源污染负荷模拟子模块，用于从数量和结构上识别流域人类活动对水环境安全的直接压力，模拟和预测不同警源影响下的主要污染物排放量的变化状况；
流域水环境水动力水质模拟子模块，用于模拟和预测不同警兆条件下的水环境质量响应状况。
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