[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

说明书

本发明公开了一种基于社会水文学的城市圈人水耦合模拟方法及系统，可耦合水资源、社会、科技、人类意识、经济和水环境等因素，建立以针对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为核心的模型理论结构。建立数学方程量化科技和人类意识，表述科技模块、经济模块、水量模块、水环境模块、社会模块之间的相互作用与反馈，可针对不同研究区域的特点及研究需求，建立相应的城市圈人水耦合模型，并依据模型模拟结果给出相应的决策分析以及预测分析，为城市圈人水耦合模拟提供新思路。

技术领域

本发明属于城市水文技术领域，具体涉及一种基于社会水文学的城市圈人水 耦合模拟方法。

背景技术

随着城市集群规模的不断扩大，水环境污染、水资源缺失等水问题对生活在 城市区域的居民造成了很大困扰。人水之间矛盾的日益显著制约了城市群的进一 步高质量发展。在城市圈的人水交互过程中，科技和人类意识的影响逐渐凸显， 为了能够更好探究城市圈人水耦合机制，模拟人水耦合系统的演变规律，亟需一 种可以借助社会水文学的理念建立的基于社会水文学的城市圈人水耦合模型，可 将人类意识与科技发展作为模型内生变量进行大时间尺度的互馈研究。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于社会水文学的城市圈人水耦合模拟方法和系 统。该城市圈人水耦合模拟方法通过建立数学方程量化科技和人类意识，表述科 技模块、经济模块、水量模块、水环境模块、社会模块之间的相互作用与反馈， 可耦合水资源、社会、科技、人类意识、经济和水环境等因素，建立以针对人类 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为核心的 模型理论结构。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种基于社会水文学的城市圈人水耦合 模拟方法，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：