CN109360121A - 岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统 - Google Patents
岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109360121A CN109360121A CN201811264972.6A CN201811264972A CN109360121A CN 109360121 A CN109360121 A CN 109360121A CN 201811264972 A CN201811264972 A CN 201811264972A CN 109360121 A CN109360121 A CN 109360121A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water resource
- water
- vulnerability
- factor
- model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 362
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000013139 quantization Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000013210 evaluation model Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 33
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 28
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000010206 sensitivity analysis Methods 0.000 claims description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 7
- 238000000556 factor analysis Methods 0.000 claims description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 abstract 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 37
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Economics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Marketing (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明提供了一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统，涉及水资源调控技术领域，方法包括：获取岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子；根据关键影响因子建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型；根据水资源脆弱性评价模型以及人水和谐调控模型建立岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型；根据水资源脆弱性调控量化模型对岩溶地区的水资源脆弱性进行量化调控，得到水资源脆弱性最小化时的最优和谐行为。本发明可以对岩溶地区的水资源脆弱性进行量化分析，建立的岩溶地区水资源脆弱性调控量化模型，可以用于模拟岩溶地区水资源脆弱性，实现岩溶地区水资源脆弱性的量化调控。
Description
技术领域
本发明涉及水资源调控技术领域，尤其是涉及一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法。
背景技术
水资源脆弱性研究是当今世界水问题研究的热点之一，是水资源风险管理、提出缓解各种不利影响的适应性对策的重要科学依据和战略需求。岩溶地区水资源存在着易涝、易旱、受污染不易治理等特点，在人类活动干扰下，其水资源脆弱性更为明显。然而，目前针对岩溶地区水资源脆弱性的研究较少，并且通常对水资源脆弱性的调控进行定性化研究，缺少定量化研究，导致无法准确地对水资源脆弱性进行调控。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统，以缓解目前通常对水资源脆弱性的调控进行定性化研究，缺少定量化研究，导致无法准确地对水资源脆弱性进行调控的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法，所述方法包括：
获取岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子；
根据所述关键影响因子建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型；
根据所述水资源脆弱性评价模型以及人水和谐调控模型建立岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型；
根据所述水资源脆弱性调控量化模型对岩溶地区的水资源脆弱性进行量化调控，得到水资源脆弱性最小化时的最优和谐行为。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述获取岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子的步骤，包括：
根据岩溶地区水资源脆弱性机理构建岩溶地区的人水系统ESD模型；其中，所述人水系统ESD模型包括一般系统动力学方程和嵌入式水循环模型，所述嵌入式水循环模型的参数采用系统辨识法进行识别；
采用输入－输出多因素分析法对所述人水系统ESD模型进行敏感性分析，得到岩溶地区水资源脆弱性关键影响因子。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据所述关键影响因子建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型的步骤，包括：
采用弹性系数法，建立以所述关键影响因子为参数的水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式；
根据所述水资源敏感性的函数表达式和所述水资源适应性的函数表达式构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，采用弹性系数法，建立以所述关键影响因子为参数的水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式的步骤，包括：
根据下式建立水资源敏感性的函数表达式：
其中，m为敏感性因子的个数；eS为水资源敏感性弹性系数；为流域出口径流量或者水资源可利用量的多年平均值；为当适应性影响因子Cj保持不变时，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为敏感性影响因子多年平均值；ΔSi为敏感因子Si比多年平均值的增加值；αi为敏感性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率；
根据下式建立水资源适应性的函数表达式：
其中，n为适应性因子的个数；eC为水资源适应性弹性系数；为当敏感性影响因子Si保持不变时，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为适应性影响因子多年平均值；ΔCj为适应性敏感因子Cj比多年平均值的增加值；αj为适应性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据所述水资源敏感性的函数表达式和所述水资源适应性的函数表达式构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型的步骤，包括：
根据下式构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型：
其中，V为水资源脆弱度，eS为水资源敏感性弹性系数；eC为水资源适应性弹性系数。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据所述水资源脆弱性评价模型以及人水和谐调控模型建立岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型的步骤，包括：
根据下式得到所述人水和谐调控模型：
HD＝1-V
其中，HD为和谐度，是表达和谐程度的指标；V为水资源脆弱度；
根据下式构建岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型：
其中，Z为目标函数；G(X)为约束条件总和，包括用水总量控制约束、用水效率控制约束、水功能区限制纳污控制约束；X为决策变量，即和谐参与者取水、用水、排污或土地开发利用的和谐行为；X0为和谐行为的阈值，表示用水总量控制指标、用水效率控制指标、排污总量控制指标或植被覆盖率控制指标。
第二方面，本发明实施例还提供一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控系统，所述系统包括：
获取模块，用于获取岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子；
第一构建模块，用于根据所述关键影响因子建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型；
第二构建模块，用于所述水资源脆弱性评价模型以及人水和谐调控模型建立岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型；
量化调控模块，用于根据所述水资源脆弱性调控量化模型对岩溶地区的水资源脆弱性进行量化调控，得到水资源脆弱性最小化时的最优和谐行为。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述获取模块包括：
ESD模型构建单元，用于根据岩溶地区水资源脆弱性机理构建岩溶地区的人水系统ESD模型；其中，所述人水系统ESD模型包括一般系统动力学方程和嵌入式水循环模型，所述嵌入式水循环模型的参数采用系统辨识法进行识别；
敏感性分析单元，用于采用输入－输出多因素分析法对所述人水系统ESD模型进行敏感性分析，得到岩溶地区水资源脆弱性关键影响因子。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一构建模块包括：
函数构建单元，用于采用弹性系数法，建立以所述关键影响因子为参数的水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式；
评价模型构建单元，用于根据所述水资源敏感性的函数表达式和所述水资源适应性的函数表达式构建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型。
结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述函数构建单元还用于：
根据下式建立水资源敏感性的函数表达式：
其中，m为敏感性因子的个数；eS为水资源敏感性弹性系数；为流域出口径流量或者水资源可利用量的多年平均值；为当适应性影响因子Cj保持不变时，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为敏感性影响因子多年平均值；ΔSi为敏感因子Si比多年平均值的增加值；αi为敏感性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率；
根据下式建立水资源适应性的函数表达式：
其中，n为适应性因子的个数；eC为水资源适应性弹性系数；为当敏感性影响因子Si保持不变时，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为适应性影响因子多年平均值；ΔCj为适应性敏感因子Cj比多年平均值的增加值；αj为适应性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供的一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统，通过分析岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子，构建基于关键影响因子的岩溶地区水资源脆弱性评价模型；在此基础上，基于人水和谐调控理论，耦合水资源脆弱性评价模型与人水和谐调控模型，建立以最小化水资源脆弱度为和谐目标的岩溶地区水资源脆弱性调控量化模型，可以用于模拟岩溶地区水资源脆弱性，实现岩溶地区水资源脆弱性的量化调控。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的另一岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的岩溶地区水资源脆弱性调控的和谐要素的示意图。
图4为本发明实施例提供的岩溶地区水资源脆弱性量化调控系统的示意图。
图标：10－获取模块；20－第一构建模块；30－第二构建模块；40－量化调控模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，通常对水资源脆弱性的调控进行定性化研究，缺少定量化研究，导致无法准确地对水资源脆弱性进行调控。基于此，本发明实施例提供的一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统，通过构建岩溶地区水资源脆弱性调控量化模型，可以模拟岩溶地区水资源脆弱性，实现岩溶地区水资源脆弱性的量化调控。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法进行详细介绍。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供了一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法，方法包括以下步骤：
步骤S101，获取岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子。
具体地，步骤S101包括以下步骤S1和步骤S2：
S1.根据岩溶地区水资源脆弱性机理构建岩溶地区的人水系统ESD模型；其中，人水系统ESD模型包括一般系统动力学方程和嵌入式水循环模型，嵌入式水循环模型的参数采用系统辨识法进行识别。
岩溶地区水资源脆弱性机理包括自然脆弱性和人为脆弱性两方面。结合岩溶地区地形地貌特点，主要从地层岩性、土壤类型、地下水埋深、地下水径流模数、水资源量、用水便利程度等方面分析岩溶地区水资源的自然脆弱性；从水资源开发利用程度、用水效率、土地利用、森林覆盖率等方面分析岩溶地区水资源的人为脆弱性。采用嵌入式系统动力学(Embedded System Dynamics，ESD)模型对人水系统进行模拟，人水系统是一个自然－社会复合大系统，具有自然和社会两大属性。
人水系统ESD模型包括一般系统动力学方程(如L方程、R方程、A方程)和嵌入式水循环模型(M方程)。社会经济系统变化主要通过系统动力学方程来表达。水循环模型的输入包括气象因素(如气温、降水量等)、土地利用参数(如土地利用类型等)、社会经济变化方程中的一些参数，通过模型计算，输出水量、水质、生态环境指标参数。这些参数又制约着工业、农业、生活的变化。
人水系统ESD模型方程主要包括以下几方面：
a、状态变量方程(L方程)
状态变量包括：人口数、工业产值、农业产值、科技投入、生活用水量、工业用水量、农业用水量、工程建设投资、降水量、河流水量、水质类型、生态环境质量。在系统动力学中，状态变量是常见变量，用一般状态变量方程表示，比如：(k+1)时段的人口＝k时段人口+(出生率－死亡率+迁入率－迁出率)×时段。
b、速率方程(R方程)
速率是代表状态变量方程中输入与输出变化的量，用速率方程表示。比如，出生率、工业产值增长率、农业产值增长率、工程建设投资增长率等。
c、辅助方程(A方程)
在系统动力学中，把反馈系统中描述信息的运算式称为辅助方程。辅助方程没有统一的标准格式，可由现在时刻的其它变量表达。比如，科技投入延迟、工程建设投资率、生活用水定额、工业用水定额、农业用水定额等。
d、嵌入式水循环模型(M方程)
嵌入式水循环模型是嵌入式系统动力学方程，主要由一些专业模块组成，比如水循环模拟模型。针对复杂流域水资源系统，采用自适应系统识别单元模型自适应系统识别单元模型(Adaptive system identification unit model，ASIU)。ASIU模型首先将研究区划分成多个计算单元，单元与单元之间存在水流及相关物质交换；再依据水量平衡原理，采用水文系统识别方法，基于实际资料分别建立流量内各单元水量模型；根据模型集成方法，依照一定的计算顺序和准则，进行所有单元耦合计算，把单元模型耦合集成为全流域水资源系统模型。这种建立模型的方法是基于水文系统识别理论和单元模型思想，能够模拟复杂流域水文结构和参数都随时间变化的系统，也称自适应系统识别单元模型。
例如，对于任一计算单元，某一时段(比如月时段)其水量平衡算式可以简化为下式(1)：
∑Qout＝α∑Qin-βQyin (1)
式中：∑Qout为流出计算单元的总水量；∑Qin为进入计算单元的总水量；Qyin为总引用水量；系数α、β可以依据水文系统识别来辨识。
依据水文系统识别方法，令X1＝∑Qin，X2＝－Qyin，Y＝∑Qout，则式(4)可以转化为X1α+X2β＝Y，假如(X1，X2，Y)有m组已知数据(X1j，X2j，Yj)(j＝1，2，…，m)使式(2)成立，可以采用最小二乘法计算参数：
式中：
通过上述计算方式能够实时模拟水资源系统的变化趋势，体现了自适应特点。
S2.采用输入－输出多因素分析法对人水系统ESD模型进行敏感性分析，得到岩溶地区水资源脆弱性关键影响因子。
输入－输出多因素分析法主要是采用构建的人水系统ESD模型，进行输入－输出多因素分析。具体地，假设一个变量变化一定的幅度(比如增加+10％或者减小－10％)的情况下，通过输出变量的变化程度来进行因素敏感性分析。
假设ESD模型的表达式如式(3)：
Q(t)＝F(x1(t)，x2(t)，x3(t)，…) (3)
对x1(t)变量(比如降雨量)增加10％时，对流域出口径流量的影响△Q(t)通过式(4)和(5)计算：
Q1(t)＝F(x1(t)(1+10％)，x2(t)，x3(t)，…) (4)
△Q(t)＝(Q1(t)－Q(t))/Q(t) (5)
对各个变量进行输入－输出分析之后，即可得出水资源脆弱性对该变量的敏感程度，分析岩溶地区水资源脆弱性关键影响因子。
步骤S102，根据关键影响因子建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型。
进一步地，如图2所示，步骤S102包括以下步骤S1021和步骤S1022：
步骤S1021，采用弹性系数法，建立以关键影响因子为参数的水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式。
水资源脆弱性关键影响因子包括敏感性影响因子和适应性影响因子，水资源脆弱性是敏感性和适应性的函数，其表达式如式(6)：
式中：V为水资源脆弱度，表示水资源脆弱性；S表示敏感性；C表示适应性。水资源脆弱度越大，即V值越大，表示越脆弱；水资源脆弱度越小，即V越小，表示越不脆弱。
进一步地，敏感性与适应性采用基于关键影响因子的弹性系数法进行求解，从岩溶地区水资源脆弱性关键影响因子中，分析敏感性影响因子Si和适应性影响因子Cj，假设i＝m，j＝n，即敏感性影响因子的数量为m，适应性影响因子的数量为n。步骤S1021的具体步骤如下：
根据式(7)和式(8)建立水资源敏感性的函数表达式：
其中，m为敏感性因子的个数；eS为水资源敏感性弹性系数；为流域出口径流量或者水资源可利用量的多年平均值；为当适应性影响因子Cj保持不变时，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为敏感性影响因子多年平均值；ΔSi为敏感因子Si比多年平均值的增加值；αi为敏感性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率；
根据式(9)和式(10)建立水资源适应性的函数表达式：
其中，n为适应性因子的个数；eC为水资源适应性弹性系数；为当敏感性影响因子Si保持不变时，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为适应性影响因子多年平均值；ΔCj为适应性敏感因子Cj比多年平均值的增加值；αj为适应性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率。
步骤S1022，根据水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型。
具体地，步骤S1022的构建过程如下：
根据式(11)构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型：
其中，V为水资源脆弱度，eS为水资源敏感性弹性系数；eC为水资源适应性弹性系数。采用极大值标准化法，即可将V的取值区间转换为[0，1]。
步骤S103，根据水资源脆弱性评价模型以及人水和谐调控模型建立岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型。
根据人水和谐调控理论，将岩溶地区水资源脆弱性评价模型与人水和谐计算模型耦合，建立以最小化水资源脆弱度为和谐目标的岩溶地区水资源脆弱性调控量化模型。岩溶地区水资源系统和社会经济系统、生态环境系统存在着和谐问题，通过确定和谐参与者，明确和谐目标，制定和谐规则，分析和谐因素和和谐行为，研究岩溶地区水资源脆弱性调控量化方案。
和谐参与者是指水资源系统、社会经济系统和生态环境系统，三者之间相互影响、相互制约；和谐目标是指和谐参与者为了达到和谐状态所必须满足的要求，岩溶地区人水系统和谐目标就是以水资源脆弱度最小化为目标；和谐规则是和谐参与者为实现和谐目标所制定的一切规则或者约束，比如社会经济用水量要与社会经济规模和发展水平相适应，还要与岩溶地区水资源可利用量相适应，岩溶地区土地开发利用要与当地植被覆盖情况相适应；和谐因素是和谐参与者为达到总体和谐所需要考虑的因素，岩溶地区为了实现水资源脆弱度最小化这一和谐目标，必须考虑社会经济系统、生态环境系统取用水量问题、用水效率问题、排污问题、土地资源开发利用问题等；和谐行为就是指和谐参与者针对和谐因素所采取的具体行为的总称，岩溶地区人水系统和谐行为包括取水、用水、排污、土地资源开发等行为的总称。岩溶地区水资源脆弱性调控和谐问题“五要素”如图3所示。
进一步地，步骤S103包括以下过程：
根据式(12)得到人水和谐调控模型：
HD＝1-V (12)
其中，HD为和谐度，是表达和谐程度的指标；V为水资源脆弱度；
根据式(13)构建岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型：
其中，Z为目标函数；G(X)为约束条件总和，包括用水总量控制约束、用水效率控制约束、水功能区限制纳污控制约束；X为决策变量，即和谐参与者取水、用水、排污或土地开发利用的和谐行为；X0为和谐行为的阈值，表示用水总量控制指标、用水效率控制指标、排污总量控制指标或植被覆盖率控制指标等，需要说明的是，X0不限于这些指标，还可以表示其他指标。
步骤S104，根据水资源脆弱性调控量化模型对岩溶地区的水资源脆弱性进行量化调控，得到水资源脆弱性最小化时的最优和谐行为。
最优和谐行为是和谐参与者在一定和谐规则下满足和谐目标要求时的最佳和谐行为。岩溶地区水资源脆弱性调控的目的就是寻找水资源脆弱性最小化时的最优和谐行为。利用水资源脆弱性调控量化模型对岩溶地区取水、用水、排污、土地开发利用等行为进行量化调控，得出最优的岩溶地区水资源脆弱性量化调控方案。
实施例二：
如图4所示，本实施例还提供一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控系统，系统包括获取模块10、第一构建模块20、第二构建模块30和量化调控模块40；
获取模块10，用于获取岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子；
第一构建模块20，用于根据关键影响因子建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型；
第二构建模块30，用于水资源脆弱性评价模型以及人水和谐调控模型建立岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型；
具体地，根据实施例一中的式(12)得到述人水和谐调控模型；并根据实施例一中的式(13)构建岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型。
量化调控模块40，用于根据水资源脆弱性调控量化模型对岩溶地区的和谐行为进行量化调控，得到水资源脆弱性最小化时的最优和谐行为。
进一步地，获取模块10包括ESD模型构建单元和敏感性分析单元；
ESD模型构建单元，用于根据岩溶地区水资源脆弱性机理构建岩溶地区的人水系统ESD模型；其中，人水系统ESD模型包括一般系统动力学方程和嵌入式水循环模型，嵌入式水循环模型的参数采用系统辨识法进行识别；
敏感性分析单元，用于采用输入－输出多因素分析法对人水系统ESD模型进行敏感性分析，得到岩溶地区水资源脆弱性关键影响因子。
进一步地，第一构建模块20包括函数构建单元和评价模型构建单元；
函数构建单元，用于采用弹性系数法，建立以关键影响因子为参数的水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式；
根据实施例一中的式(7)和式(8)建立水资源敏感性的函数表达式；以及根据实施例一中的式(9)和式(10)建立水资源适应性的函数表达式。
评价模型构建单元，用于根据水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型。
根据实施例一中的式(11)构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型。
本发明实施例提供的岩溶地区水资源脆弱性量化调控系统，与上述实施例提供的岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本发明实施例提供的一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统，通过分析岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子，构建基于关键影响因子的岩溶地区水资源脆弱性评价模型；在此基础上，基于人水和谐调控理论，耦合水资源脆弱性评价模型与人水和谐调控模型，建立以最小化水资源脆弱度为和谐目标的岩溶地区水资源脆弱性调控量化模型，可以用于模拟岩溶地区水资源脆弱性，预测未来不同发展情景下的岩溶地区水资源脆弱性，实现岩溶地区水资源脆弱性的量化调控。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read－OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法，其特征在于，所述方法包括：
获取岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子；
根据所述关键影响因子建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型；
根据所述水资源脆弱性评价模型以及人水和谐调控模型建立岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型；
根据所述水资源脆弱性调控量化模型对岩溶地区的水资源脆弱性进行量化调控，得到水资源脆弱性最小化时的最优和谐行为。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子的步骤，包括：
根据岩溶地区水资源脆弱性机理构建岩溶地区的人水系统ESD模型；其中，所述人水系统ESD模型包括一般系统动力学方程和嵌入式水循环模型，所述嵌入式水循环模型的参数采用系统辨识法进行识别；
采用输入－输出多因素分析法对所述人水系统ESD模型进行敏感性分析，得到岩溶地区水资源脆弱性关键影响因子。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述关键影响因子建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型的步骤，包括：
采用弹性系数法，建立以所述关键影响因子为参数的水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式；
根据所述水资源敏感性的函数表达式和所述水资源适应性的函数表达式构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用弹性系数法，建立以所述关键影响因子为参数的水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式的步骤，包括：
根据下式建立水资源敏感性的函数表达式：
其中，m为敏感性因子的个数；es为水资源敏感性弹性系数；为流域出口径流量或者水资源可利用量的多年平均值；为当适应性影响因子Cj保持不变时，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为敏感性影响因子多年平均值；ΔSi为敏感因子Si比多年平均值的增加值；αi为敏感性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率；
根据下式建立水资源适应性的函数表达式：
其中，n为适应性因子的个数；eC为水资源适应性弹性系数；为当敏感性影响因子Si保持不变时，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为适应性影响因子多年平均值；ΔCj为适应性敏感因子Cj比多年平均值的增加值；αj为适应性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述水资源敏感性的函数表达式和所述水资源适应性的函数表达式构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型的步骤，包括：
根据下式构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型：
其中，V为水资源脆弱度，eS为水资源敏感性弹性系数；eC为水资源适应性弹性系数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述水资源脆弱性评价模型以及人水和谐调控模型建立岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型的步骤，包括：
根据下式得到所述人水和谐调控模型：
HD＝1-V
其中，HD为和谐度，是表达和谐程度的指标；V为水资源脆弱度；
根据下式构建岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型：
其中，Z为目标函数；G(X)为约束条件总和，包括用水总量控制约束、用水效率控制约束、水功能区限制纳污控制约束；X为决策变量，即和谐参与者取水、用水、排污或土地开发利用的和谐行为；X0为和谐行为的阈值，表示用水总量控制指标、用水效率控制指标、排污总量控制指标或植被覆盖率控制指标。
7.一种岩溶地区水资源脆弱性量化调控系统，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，用于获取岩溶地区水资源脆弱性的关键影响因子；
第一构建模块，用于根据所述关键影响因子建立岩溶地区的水资源脆弱性评价模型；
第二构建模块，用于所述水资源脆弱性评价模型以及人水和谐调控模型建立岩溶地区的水资源脆弱性调控量化模型；
量化调控模块，用于根据所述水资源脆弱性调控量化模型对岩溶地区的水资源脆弱性进行量化调控，得到水资源脆弱性最小化时的最优和谐行为。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述获取模块包括：
ESD模型构建单元，用于根据岩溶地区水资源脆弱性机理构建岩溶地区的人水系统ESD模型；其中，所述人水系统ESD模型包括一般系统动力学方程和嵌入式水循环模型，所述嵌入式水循环模型的参数采用系统辨识法进行识别；
敏感性分析单元，用于采用输入－输出多因素分析法对所述人水系统ESD模型进行敏感性分析，得到岩溶地区水资源脆弱性关键影响因子。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一构建模块包括：
函数构建单元，用于采用弹性系数法，建立以所述关键影响因子为参数的水资源敏感性的函数表达式和水资源适应性的函数表达式；
评价模型构建单元，用于根据所述水资源敏感性的函数表达式和所述水资源适应性的函数表达式构建岩溶地区的水资源脆弱性评价模型。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述函数构建单元还用于：
根据下式建立水资源敏感性的函数表达式：
其中，m为敏感性因子的个数；es为水资源敏感性弹性系数；为流域出口径流量或者水资源可利用量的多年平均值；为当适应性影响因子Cj保持不变时，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为敏感性影响因子多年平均值；ΔSi为敏感因子Si比多年平均值的增加值；αi为敏感性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，敏感性影响因子Si比多年平均值增加ΔSi时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率；
根据下式建立水资源适应性的函数表达式：
其中，n为适应性因子的个数；eC为水资源适应性弹性系数；为当敏感性影响因子Si保持不变时，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时，流域出口径流量或者水资源可利用量的变化量；为适应性影响因子多年平均值；ΔCj为适应性敏感因子Cj比多年平均值的增加值；αj为适应性影响因子的权重系数；为其他影响因子不变，适应性影响因子Cj比多年平均值增加ΔCj时的流域出口径流量或者水资源可利用量的变化率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811264972.6A CN109360121A (zh) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | 岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811264972.6A CN109360121A (zh) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | 岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109360121A true CN109360121A (zh) | 2019-02-19 |
Family
ID=65346866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811264972.6A Pending CN109360121A (zh) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | 岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109360121A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113570270A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-10-29 | 东莞理工学院 | 一种定量建立流域演化弹性系数的方法 |
-
2018
- 2018-10-26 CN CN201811264972.6A patent/CN109360121A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113570270A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-10-29 | 东莞理工学院 | 一种定量建立流域演化弹性系数的方法 |
| CN113570270B (zh) * | 2021-08-03 | 2023-05-09 | 东莞理工学院 | 一种定量建立流域演化弹性系数的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dai et al. | A multistage irrigation water allocation model for agricultural land-use planning under uncertainty | |
| Wang et al. | Fuzzy stress-based modeling for probabilistic irrigation planning using Copula-NSPSO | |
| CN105825230B (zh) | 基于深度置信网络模型的土壤墒情预测方法和系统 | |
| Safavi et al. | Conjunctive use of surface and ground water resources using the ant system optimization | |
| Yang et al. | Optimization of the irrigation water resources for Shijin irrigation district in north China | |
| Hashemy Shahdany et al. | Modern operation of main irrigation canals suffering from water scarcity based on an economic perspective | |
| KhazaiPoul et al. | Multi-objective optimization for interactive reservoir-irrigation planning considering environmental issues by using parallel processes technique | |
| CN116070971A (zh) | 河湖水系有序流动调控方法和系统 | |
| Birhanu et al. | Optimizing cropping pattern using chance constraint linear programming for koga irrigation dam, Ethiopia | |
| Li et al. | Biobjective optimization for efficient irrigation under fuzzy uncertainty | |
| CN113159439A (zh) | 一种作物产量的预测方法、系统、存储介质和电子设备 | |
| CN105184400A (zh) | 一种烟田土壤水分预测方法 | |
| Gui et al. | Simulation-based inexact fuzzy semi-infinite programming method for agricultural cultivated area planning in the Shiyang River Basin | |
| CN112215715A (zh) | 一种基于地下水位调控的灌区水土资源均衡优化配置方法 | |
| Shirshahi et al. | Sustainable optimization of regional agricultural water use by developing a two-level optimization model | |
| Proias et al. | Forecasting reference evapotranspiration using time lagged recurrent neural network | |
| Wang et al. | Crop-growth-based spatially-distributed optimization model for irrigation water resource management under uncertainties and future climate change | |
| Sedighkia et al. | Linking ecohydraulic simulation and optimization system for mitigating economic and environmental losses of reservoirs | |
| Raju et al. | Optimization of reservoir operation using linear programming | |
| Caihong et al. | Real-time flood classification forecasting based on k-means++ clustering and neural network | |
| CN109360121A (zh) | 岩溶地区水资源脆弱性量化调控方法和系统 | |
| CN116307191B (zh) | 一种基于人工智能算法的水资源配置方法、装置和设备 | |
| CN110135627B (zh) | 水资源优化方法及装置 | |
| Sun et al. | An optimized water distribution model of irrigation district based on the genetic backtracking search algorithm | |
| Sedighkia et al. | Optimal agricultural plan for minimizing ecological impacts on river ecosystems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190219 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |