[发明专利]一种基于社会水文学的城市圈人水耦合模拟方法及系统

权利要求书

1.一种基于社会水文学的城市圈人水耦合模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建城市圈人水耦合模拟模型；

所述城市圈人水耦合模拟模型，由科技模拟子模型、经济模拟子模型、水量模拟子模型、水环境模拟子模型和社会模拟子模型组成；

所述科技模拟子模型，用于模拟量化科技水平，其函数式为：

A_t＝K·α_a^t (2)

式中，t表示第t年，A_t为第t年专利授权量；K为科技产出基数；α_a为科技产出增长系数；T₀为科技因子基准年初始值；T(t)为技术因子；α_b为专利有效率；

经济模拟子模型，用于模拟GDP和人口变化，，其函数式为：

GDP(t)＝P(t)·M(t) (4)

式中，M(t)表示人均GDP；M_min表示人均GDP最小值；λ_M表示生产科技作用系数；GDP(t)为国内生产总值；P(t)表示常住人口；x(t)表示t时刻种群的数量；r是种群的内禀增长率；N为环境能容纳的种群的最大数量；x₀表示环境能容纳的种群最小数量；λ_D为人口迁移常数；P_max为最大容纳人口数；P_min为最小容纳人口数；P₀为基准年初始值；r_p为人口内增长率；t表示第t年；E为水环境危机意识；E’为水环境危机意识阈值；

所述水量模拟子模型，同于模拟城市圈生产、生活和生态用水过程，其函数式为：

U(t)＝β_N(t)·P(t)+β_m(t)·GDP(t)+Q (10)

式中：β_m(t)为单位生产GDP用水量；β_max为最大单位生产用水量；λ_m为科技转化系数；β_min为最小单位生产用水量；β_N(t)为人均生活用水量；N_max为人均最大生活用水量；N_min为人均最小生活用水量；r_N为用水量内增长率；U(t)为用水总量；Q为生态用水量；

所述水环境模拟子模型，用于模拟水环境的客观状况，其函数式为：

C(t)＝[μ_Cμ_DU(t)+C_m]·G(t) (11)

G(t)＝G₀+λ_E·E_t-1+λ_n·n (12)

式中，C(t)为水环境污染物；G(t)为水环境污染物削减率；G₀为污染物削减率初始值；μ_C为污水含量；μ_D为污染物含量；C_m为面源污染物；λ_E单位意识削减作用；λ_n为绿色设施污染物削减率；E’为水环境危机意识阈值；n表示水环境危机意识超过阈值E’的时间；

所述社会模拟子模型，用于模拟反应政策对人类取用水行为的影响，主要包括人口变化以及环境危机意识变化，其函数式为：

式中，E为水环境危机意识；μ_e为意识衰退系数；为水环境污染的函数；C为水环境污染指数；C_opt为水环境污染适宜值；α_c为水环境污染影响系数；

步骤2：利用所述城市圈人水耦合模拟模型，耦合科技、经济、社会、水量和水环境五因素，模拟人类意识激发的水环境负反馈回路和针对科技激发的经济发展正反馈回路。

2.一种基于社会水文学的城市圈人水耦合模拟系统，其特征在于，包括以下模块：

模块1：用于构建城市圈人水耦合模拟模型；

所述城市圈人水耦合模拟模型，由科技模拟子模型、经济模拟子模型、水量模拟子模型、水环境模拟子模型和社会模拟子模型组成；

所述科技模拟子模型，用于模拟量化科技水平，其函数式为：

A_t＝K·α_a^t (2)

式中，t表示第t年，A_t为第t年专利授权量；K为科技产出基数；α_a为科技产出增长系数；T₀为科技因子基准年初始值；T(t)为技术因子；α_b为专利有效率；

经济模拟子模型，用于模拟GDP和人口变化，其函数式为：

GDP(t)＝P(t)·M(t) (4)

式中，M(t)表示人均GDP；M_min表示人均GDP最小值；λ_M表示生产科技作用系数；GDP(t)为国内生产总值；P(t)表示常住人口；x(t)表示t时刻种群的数量；r是种群的内禀增长率；N为环境能容纳的种群的最大数量；x₀表示环境能容纳的种群最小数量；λ_D为人口迁移常数；P_max为最大容纳人口数；P_min为最小容纳人口数；P₀为基准年初始值；r_p为人口内增长率；t表示第t年；E为水环境危机意识；E’为水环境危机意识阈值；

所述水量模拟子模型，同于模拟城市圈生产、生活和生态用水过程，其函数式为：

U(t)＝β_N(t)·P(t)+β_m(t)·GDP(t)+Q (10)

式中：β_m(t)为单位生产GDP用水量；β_max为最大单位生产用水量；λ_m为科技转化系数；β_min为最小单位生产用水量；β_N(t)为人均生活用水量；N_max为人均最大生活用水量；N_min为人均最小生活用水量；r_N为用水量内增长率；U(t)为用水总量；Q为生态用水量；

所述水环境模拟子模型，用于模拟水环境的客观状况，其函数式为：

C(t)＝[μ_Cμ_DU(t)+C_m]·G(t) (11)

G(t)＝G₀+λ_E·E_t-1+λ_n·n (12)

式中，C(t)为水环境污染物；G(t)为水环境污染物削减率；G₀为污染物削减率初始值；μ_C为污水含量；μ_D为污染物含量；C_m为面源污染物；λ_E单位意识削减作用；λ_n为绿色设施污染物削减率；E’为水环境危机意识阈值；n表示水环境危机意识超过阈值E’的时间；

所述社会模拟子模型，用于模拟反应政策对人类取用水行为的影响，主要包括人口变化以及环境危机意识变化，其函数式为：

式中，E为水环境危机意识；μ_e为意识衰退系数；为水环境污染的函数；C为水环境污染指数；C_opt为水环境污染适宜值；α_c为水环境污染影响系数；

模块2，用于利用所述城市圈人水耦合模拟模型，耦合科技、经济、社会、水量和水环境五因素，模拟人类意识激发的水环境负反馈回路和针对科技激发的经济发展正反馈回路。