[发明专利]基于敏感性的城市水-能-环耦合分析方法

说明书

本发明提供一种基于敏感性的城市水‑能‑环耦合分析方法，所述方法耦合了水资源、能源、环境三大系统中的各类要素，建立以敏感性‑行为响应为连接的环境驱动负反馈和经济发展正反馈的模型，所述模型包括敏感性‑行为响应模块、水量平衡模块、能量守恒模块、环境响应模块、社会经济模块。本发明同时耦合了水资源、能源、环境三大系统中的各类要素，建立以敏感性‑行为响应为连接的环境驱动负反馈和经济发展正反馈的模型，该模型能够模拟三者间的协同关系，充分考虑了人类能动性作用，从而能够准确地模拟城市水‑能‑环协同发展轨迹，且能更好地解决城市水和能源问题、缓解城市内部环境压力。

技术领域

本发明属于城市水文的技术领域，具体涉及一种基于敏感性的城市水-能-环耦合分析方法。

背景技术

随着城市集群规模的不断扩大，城市内部水资源与能源的交互活动更加频繁密切：水资源的汲取、输送、净化、排放、再处理等过程需要消耗大量能源，能源的勘探、开采、提纯、输送等环节也与水紧密相关；此外，水力发电作为一种清洁能源也在很大程度上缓解了传统化石能源危机；与此同时，在城市圈的水、能交互过程中，二者对环境的影响逐渐凸显。然而，现有的模型大多仅仅针对一个主体部门，少有能够模拟二者甚至三者协同关系的模拟方法，且未充分考虑该耦合模型中人类能动性作用。因此，为了准确模拟城市水-能-环协同发展轨迹，以便更好地解决城市水问题、缓解城市内部环境压力，亟需一种能够反映人类能动性的城市区域水-能-环耦合模型。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于敏感性的城市水-能-环耦合分析方法，可针对不同研究区域的特点及研究需求，建立相应的城市水-能-环耦合模型，并依据模型模拟结果给出相应的决策分析以及预测分析，为城市水-能-环耦合模拟提供新思路。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于敏感性的城市水-能-环耦合分析方法，所述方法耦合了水资源、能源、环境三大系统中的各类要素，建立以敏感性-行为响应为连接的环境驱动负反馈和经济发展正反馈的模型，所述模型包括敏感性-行为响应模块、水量平衡模块、能量守恒模块、环境响应模块、社会经济模块。

进一步地，所述敏感性-行为响应模块中的敏感性V包括五个要素，五个要素分别为区域气候指数α、经济发展指数β、社会指数γ、城市经济发展状况指标E、反映了城市的环境状况EE。

进一步地，所述敏感性-行为响应模块中敏感性V的方程如下所示：

此外，人类的行为反应受到敏感性V影响的同时也受到城市发展水平的限制，这两个要素决定了人类行动，城市发展水平包括生活用水需求Q_D、能源需求E_D和环境意识EEA的动力程度和方向，这三个行为反应函数表示为：

式中，E反映了城市的经济发展状况；EE反映了城市的环境状况；α为区域气候指数、β为经济发展指数；γ为社会指数；η_Q、η_E、η_EE分别是敏感性V对行为的影响因子，θ_Q、θ_E分别为城市化水平对行为的影响因子，UL为城市化水平。

进一步地，区域气候指数α用干旱指数来表征，经济发展指数β用人类发展指数HDI来表征，社会指数γ用透明国际指数CPI表征，城市经济发展状况指标E用人均GDP 表示，城市的环境状况EE在环境响应模块中定义。

进一步地，水量平衡模块的水量平衡方程如下所示：