本發(fā)明涉及水資源管理，特別是一種基于多主體的水資源管理仿真方法。

背景技術(shù)：

1、水資源管理需要模型，模擬不同水情下，對江河流域的水資源進(jìn)行分配。不同的江河流域有水資源分配制度，規(guī)定了每個(gè)市、縣能用多少水。

2、現(xiàn)有的水資源管理模型通?；谏嫠黧w與水資源關(guān)系不變的假設(shè)，這種假設(shè)在實(shí)際應(yīng)用中存在局限性，無法準(zhǔn)確預(yù)測涉水主體在未來氣候變化和政策情景影響下的應(yīng)對措施，在刻畫農(nóng)業(yè)用水決策方面的準(zhǔn)確性較差，無法真實(shí)反映實(shí)際水資源用水管理過程，幫助水資源的分配調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于多主體的水資源管理仿真方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中水資源管理模型在刻畫農(nóng)業(yè)用水決策方面的準(zhǔn)確性較差，無法真實(shí)反映實(shí)際水資源用水管理過程的問題。

2、本發(fā)明公開了一種基于多主體的水資源管理仿真方法，用于仿真江河流域水資源的用水管理，包括：

3、獲取對應(yīng)江河流域的不同數(shù)據(jù)源，包括歷史水資源調(diào)查數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)；

4、構(gòu)建水資源管理模型，在水資源管理模型中創(chuàng)建水資源管理主體、多個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體、自然子模型和社會子模型，并建立多個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體之間的社會聯(lián)系，所述水資源管理主體用于模擬水資源管理決策及其影響，所述農(nóng)業(yè)灌溉主體用于模擬輸出灌溉用水決策，所述社會子模型用于提供公共池塘博弈框架；

5、所述水資源管理模型獲取所述數(shù)據(jù)源，所述自然子模型在所述氣象數(shù)據(jù)的驅(qū)動下估算輸出作物需水量，所述農(nóng)業(yè)灌溉主體基于所述歷史水資源調(diào)查數(shù)據(jù)、作物需水量以及水資源管理決策并在公共池塘博弈框架下模擬輸出灌溉用水決策，所述水資源管理主體在所述公共池塘博弈框架下模擬水資源管理決策及其影響。

6、可選地，所述農(nóng)業(yè)灌溉主體模擬輸出的灌溉用水決策包括模擬輸出地下取水量、地表取水量以及超出配額的取水量。

7、可選地，所述自然子模型還用于在氣象數(shù)據(jù)的驅(qū)動下輸出有效降水量，所述農(nóng)業(yè)灌溉主體基于所述歷史水資源調(diào)查數(shù)據(jù)、作物需水量以及水資源管理決策并在公共池塘博弈框架下模擬輸出灌溉用水決策，具體包括以下步驟：

8、根據(jù)所述歷史水資源調(diào)查數(shù)據(jù)計(jì)算得到農(nóng)業(yè)用水量和對應(yīng)歷史時(shí)期的作物需水量；

9、根據(jù)所述農(nóng)業(yè)用水量和對應(yīng)歷史時(shí)期的作物需水量得到灌溉效率；

10、農(nóng)業(yè)灌溉主體基于所述作物需水量、灌溉效率、有效降水量以及水資源政策中規(guī)定的水資源配額，輸出地下取水量、地表取水量以及超出配額的取水量；

11、農(nóng)業(yè)灌溉主體在公共池塘博弈框架下通過遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化輸出最終的取水量、地表取水量以及超出水資源配額的取水量。

12、可選地，所述農(nóng)業(yè)灌溉主體基于所述自然子模型所輸出的作物需水量、灌溉效率、有效降水量以及水資源政策中規(guī)定的水資源配額通過以下公式計(jì)算輸出地下取水量、地表取水量以及超出水資源配額的取水量：

13、

14、式中，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的作物需水量，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的有效降水量，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的灌溉水量，為地下取水量，為地表取水量，為超出水資源配額的取水量，為灌溉效率。

15、可選地，所述自然子模型通過以下公式計(jì)算得到作物需水量：

16、

17、式中，為特定時(shí)間內(nèi)的作物需水量，為特定時(shí)間內(nèi)的參考蒸散量，為特定時(shí)間內(nèi)的作物蒸散發(fā)系數(shù)，為依賴于土壤有效水分的脅迫系數(shù)。

18、可選地，所述自然子模型通過以下公式計(jì)算得到有效降水量：

19、

20、式中，為特定時(shí)間內(nèi)的有效降水量，為特定時(shí)間內(nèi)的降水量。

21、可選地，所述作物蒸散發(fā)系數(shù)利用單作物系數(shù)法通過以下公式計(jì)算得到：

22、

23、式中，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的作物蒸散發(fā)系數(shù)，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的為降水量，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的溫度，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的風(fēng)速，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的參考蒸散發(fā)，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的灌溉水量，為有效灌溉范圍內(nèi)位于柵格的所種植作物種類。

24、可選地，所述社會子模型的公共池塘博弈框架通過以下公式計(jì)算單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的博弈收益：

25、

26、式中為單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的博弈收益，為單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體對集體貢獻(xiàn)的成本，為農(nóng)業(yè)灌溉主體的策略變量，為公共收益系數(shù)，為農(nóng)業(yè)灌溉主體的數(shù)量，為個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的整體收益；

27、其中，存在社會聯(lián)系的農(nóng)業(yè)灌溉主體之間根據(jù)各自博弈收益不同而學(xué)習(xí)更優(yōu)秀的策略，單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的決策影響通過以下公式表征：

28、

29、式中，為農(nóng)業(yè)灌溉主體在時(shí)間步的決策，為農(nóng)業(yè)灌溉主體在時(shí)間步的博弈收益，為農(nóng)業(yè)灌溉主體在時(shí)間步的博弈收益，農(nóng)業(yè)灌溉主體與農(nóng)業(yè)灌溉主體為任意兩個(gè)相互存在社會聯(lián)系的農(nóng)業(yè)灌溉主體。

30、可選地，所述單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體對集體貢獻(xiàn)的成本為單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的社會成本和經(jīng)濟(jì)成本的等權(quán)重平均，所述社會成本通過以下公式計(jì)算得到：

31、

32、所述經(jīng)濟(jì)成本通過以下公式計(jì)算得到：

33、

34、式中，為單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的社會成本，和均為可以在調(diào)研中使用問卷測量的社會規(guī)范參數(shù)，為單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體發(fā)現(xiàn)他人違規(guī)用水的次數(shù)，為單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體被其他農(nóng)業(yè)灌溉主體發(fā)現(xiàn)自己違規(guī)用水的次數(shù)，為單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的經(jīng)濟(jì)成本，為單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的農(nóng)業(yè)總收入，為根據(jù)用水由地表水轉(zhuǎn)向地下水的差額產(chǎn)生的灌溉成本，為地表水價(jià)格，為地下水價(jià)格。

35、可選地，所述水資源管理主體在所述公共池塘博弈框架下模擬水資源管理決策包括模擬分配地表水量給農(nóng)業(yè)灌溉主體，所述分配的地表水量通過以下公式計(jì)算：

36、

37、式中，為水資源管理主體分配給多個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的總的地表水量，為計(jì)劃分配給農(nóng)業(yè)灌溉主體的地表取水量，為超出水資源配額的取水量。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于多主體的水資源管理仿真方法的有益效果在于：通過構(gòu)建水資源管理模型，在水資源管理模型中創(chuàng)建水資源管理主體、多個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體、自然子模型和社會子模型，并建立多個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體之間的聯(lián)系，農(nóng)業(yè)灌溉主體可以基于所獲取的歷史水資源調(diào)查數(shù)據(jù)、自然子模型輸出的作物需水量以及水資源管理主體模擬輸出的水資源管理決策并在社會子模型的公共池塘博弈框架下模擬輸出灌溉用水決策，其融合了自然因素和社會因素以及兩者之間的相互影響，并引入公共池塘博弈框架，不同的農(nóng)業(yè)灌溉主體之間以及水資源管理主體在博弈過程中會對應(yīng)模擬最終的灌溉用水決策以及水資源管理決策、水資源管理決策的影響，因此，通過本申請的基于多主體的水資源管理仿真方法可以較為準(zhǔn)確地刻畫農(nóng)業(yè)灌溉用水決策過程，更為實(shí)際地仿真水資源管理的影響，幫助水資源的分配調(diào)整。

技術(shù)特征：

1.一種基于多主體的水資源管理仿真方法，用于仿真江河流域水資源的用水管理，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多主體的水資源管理仿真方法，其特征在于，所述農(nóng)業(yè)灌溉主體模擬輸出的灌溉用水決策包括模擬輸出地下取水量、地表取水量以及超出配額的取水量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多主體的水資源管理仿真方法，其特征在于，所述自然子模型還用于在氣象數(shù)據(jù)的驅(qū)動下輸出有效降水量，所述農(nóng)業(yè)灌溉主體基于所述歷史水資源調(diào)查數(shù)據(jù)、作物需水量以及水資源管理決策并在公共池塘博弈框架下模擬輸出灌溉用水決策，具體包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多主體的水資源管理仿真方法，其特征在于，所述農(nóng)業(yè)灌溉主體基于所述自然子模型所輸出的作物需水量、灌溉效率、有效降水量以及水資源政策中規(guī)定的水資源配額通過以下公式計(jì)算輸出地下取水量、地表取水量以及超出水資源配額的取水量：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多主體的水資源管理仿真方法，其特征在于，所述自然子模型通過以下公式計(jì)算得到作物需水量：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多主體的水資源管理仿真方法，其特征在于，所述自然子模型通過以下公式計(jì)算得到有效降水量：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多主體的水資源管理仿真方法，其特征在于，所述作物蒸散發(fā)系數(shù)利用單作物系數(shù)法通過以下公式計(jì)算得到：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多主體的水資源管理仿真方法，其特征在于，所述社會子模型的公共池塘博弈框架通過以下公式計(jì)算單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的博弈收益：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于多主體的水資源管理仿真方法，其特征在于，所述單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體對集體貢獻(xiàn)的成本為單個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體的社會成本和經(jīng)濟(jì)成本的等權(quán)重平均，所述社會成本通過以下公式計(jì)算得到：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多主體的水資源管理仿真方法，其特征在于，所述水資源管理主體在所述公共池塘博弈框架下模擬水資源管理決策包括模擬分配地表水量給農(nóng)業(yè)灌溉主體，所述分配的地表水量通過以下公式計(jì)算：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水資源管理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于多主體的水資源管理仿真方法。該方法包括獲取對應(yīng)江河流域的不同數(shù)據(jù)源；構(gòu)建水資源管理模型，在水資源管理模型中創(chuàng)建水資源管理主體、多個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體、自然子模型和社會子模型，建立多個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉主體之間的社會聯(lián)系，社會子模型用于提供公共池塘博弈框架；水資源管理模型獲取數(shù)據(jù)源，自然子模型在氣象數(shù)據(jù)的驅(qū)動下估算輸出作物需水量，農(nóng)業(yè)灌溉主體基于歷史水資源調(diào)查數(shù)據(jù)、作物需水量及水資源管理決策并在公共池塘博弈框架下模擬輸出灌溉用水決策，水資源管理主體在公共池塘博弈框架下模擬水資源管理決策及其影響。本申請可較為準(zhǔn)確地刻畫農(nóng)業(yè)灌溉用水決策過程，更為實(shí)際地仿真水資源管理的影響。

技術(shù)研發(fā)人員：宋爽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19