一种“三水”协同评价系统

1.本发明涉及g06q10，更具体地，本发明涉及一种“三水”协同评价系统。


背景技术：

2.水生态文明的建设是一项复杂的系统工程，由于原有的管理体制的限制以及对水系统自身的复杂性，对于水的管理多从水资源、水环境和水生态的单一维度进行研究与管理。然而，要从根本上解决水问题，需要从系统角度，探索多维协同评价方法与管理对策，现阶段对于水系统的量、质、生态协同管理的研究尚在探索阶段，河湖长制的提出使得水的系统性管理不断受到重视，且有了体制上实现的可能性，从而为水资源-水环境-水生态“三水”协同评价与管理提供了有力的条件。
3.专利号cn102810183b提供了一种基于改进距的水资源能效可拓生态评价方法，构建了多维物元的综合评价体系，设置期望值，得到可行域、理想域以及最优值，实现水资源的各指标的关联函数。
4.可以看出，对水资源、水环境、水生态的单一系统评价已经有了初步的成效，而对这三个维度的协同评价目前还鲜少报道，致使水系统综合管理陷入困境。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种“三水”协同评价系统，包括水资源模块、水环境模块和水生态模块。
6.作为本发明一种优选的技术方案，水资源模块，用于对水资源进行单一维度的评价。
7.水资源指的是可被或者即将被利用的水源。水资源的评价，指的是科学分析一定区域的水资源的具备的特点，把握其在质量、数量等方面的特性，开展水资源在开发利用时的质量以及前景量等的预测。
8.作为本发明一种优选的技术方案，水资源模块，包括水资源条件、水资源开发利用效率、水资源合理配置、水资源管理能力。
9.作为本发明一种优选的技术方案，水资源条件包括降水量和径流量。
10.作为本发明一种优选的技术方案，径流量包括湖泊、水库和江河。
11.作为本发明一种优选的技术方案，水资源开发利用效率，包括水资源开发利用总率、区域水资源开发利用率、流域水资源开发利用率。水资源开发利用总率包括总水耗量和总水取用量；区域水资源开发利用率包括区域用水量和区域水资源总量。流域水资源开发利用率包括流域用水量和流域水资源总量。
12.作为本发明一种优选的技术方案，水资源合理配置包括总供水保证率、区域供水保证率。总供水保证率包括总预期供水量和年数，区域供水保证率包括区域预期供水量和年数。
13.水资源管理能力包括节灌率。
14.作为本发明一种优选的技术方案，水环境模块，用于对水环境进行单一维度的评价。
15.水环境，指的是自然界中水源形成、分布和发生转化所处的空间环境。
16.作为本发明一种优选的技术方案，水环境模块包括地表水和地下水。地表水包括水质达标率。地下水包括地下水水质优良比率。
17.作为本发明一种优选的技术方案，水生态模块，用于对水生态进行单一维度的评价。
18.水生态，指的是环境的水因子对于生物体的影响以及反应生物体对于水分条件的适应情况。
19.作为本发明一种优选的技术方案，水生态模块，包括生态结构和生态功能。生态结构包括景观风险指数。生态功能包括水源涵养和蒸发模拟。
20.通过水源涵养，模拟了对生态结构中的降水进行截留、渗透和累计，并配合蒸发模拟进一步优化了生态结构和降水的循环调控。
21.本发明提供的评价系统中，水资源模块、水环境模块和水生态模块协同作用，从三个维度上面实现了对水的管理。
22.本评价系统涉及到物理学中的容量耦合概念及容量耦合系数相关模型推广到多个系统或多个要素间相互作用的耦合度模型，通过式6-1、式6-2、式6-3、式6-4，从而对本发明提供的评价系统进行客观的评价。公式如下：
23.cm＝m{(u1·
u2…
um)/[π(u1+u2+
…
+um)]
1/m
}
ꢀꢀꢀꢀ
(式6-1)
[0024]
式中m为参与耦合分析的系统个数，本研究中m＝3,u1为区域水资源发展水平的系统函数，u2为区域水环境发展水平的系统函数，u3为区域水生态发展水平的系统函数，“三水”系统评价考虑三个系统间的协调耦合关系，因此上式可简化为：
[0025][0026]
式中，分别为f
(x)
,g
(y)
,h
(z)
综合水资源函数、水环境函数和综合水生态函数。式中，c为协调度，0≤c≤100。当c趋向100时系统处于最佳协调状态，系统之间或系统内部要素之间达到良性共振耦合,系统将趋向新的有序结构；当c＝0 时，耦合度极小，系统之间或系统内部要素之间处于无关状态，系统将向无序发展；反之，c越小，越不协调亦即越失调。
[0027]
设α，β，σ为待定权数，t为水资源、水环境与水生态综合评价指数，表示为：
[0028]
t＝α
·
f(x)+β
·
g(y)+δ
·
h(z)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式6-3)
[0029]
协调度在有些情况下很难反映出水资源、水环境和水生态的整体功能和发展水平。因此，用协调发展度d来度量发展协调水平的高低：
[0030][0031]
式中，d为协调发展度，c为协调度。
[0032]“三水”为水资源、水环境和水生态的总称。
[0033]
协调发展度d综合了“三水”协调状况c以及三者所处的发展层次t。而且，协调发展
度d在一定程度上可反映出“三水”的动态变化趋，因此，协调度模型具有更高的稳定性及更广的适用范围。
[0034]
当协调发展度0《d≤40时，“三水”评价协同系统为低水平系统耦合，通过设置特定阀值1，低水平系统耦合自动判断出低水平系统耦合为水资源约束低水平耦合型或水环境约束低水平耦合型或水生态约束低水平耦合型。
[0035]
当协调发展度40《d≤50时，“三水”评价协同系统为拮抗期，通过设置特定阀值2，拮抗期自动判断出拮抗期为水资源约束拮抗型或水环境约束拮抗型或水生态约束拮抗型。
[0036]
当协调发展度50《d≤60时，“三水”评价协同系统为磨合期，通过设置特定阀值3，磨合期自动判断出磨合期为水资源约束磨合型或水环境约束磨合型或水生态约束磨合型。
[0037]
当协调发展度60《d≤80时，“三水”评价协同系统为中水平耦合期，通过设置特定阀值4，中水平耦合期自动判断出中水平耦合期为水资源约束中水平耦合型或水环境约束中水平耦合型或水生态约束中水平耦合型。
[0038]
当协调发展度80《d《100时，“三水”评价协同系统为高水平耦合期，通过设置特定阀值5，高水平耦合期自动判断出高水平耦合期为水资源约束高水平耦合型或水环境约束高水平耦合型或水生态约束高水平耦合型。
[0039]
本发明第二个方面提供了一种“三水”协同评价系统的应用，所述“三水”协同评价系统用于流域、区域多维多尺度管理领域。。
[0040]
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
[0041]
(1)构建了水资源、水环境和水生态“三水”协同评价技术，通过水资源、水环境与水生态综合评价指数t和协调发展度d既能反应“三水”综合等级和协同耦合状态，同时利用木桶效应原理识别出区域关键限制要素。
[0042]
(2)不仅能够识别一定区域的“三水”综合状态，同时能够从系统制约的角度，反应出“三水”协同效应，同时能够从多个维度中识别出系统的限制短板。
[0043]
(3)制定了命名和配色标准，能够为管理的切实有效落地提供理论和技术支撑。
[0044]
(4)对水资源、水环境、水生态“三水”协同评价的水管理思路有着重要的的指导和应用意义。
[0045]
(5)评价方式简洁明了，通过计算机构建的系统便于实现，评价结果客观性强，整个系统稳定性高，可重复性与可操作性强。
附图说明
[0046]
图1为所述“三水”协同评价系统的流程示意图。
具体实施方式
[0047]
实施例
[0048]
本例提供了一种“三水”协同评价系统，如图1，包括水资源模块、水环境模块和水生态模块。
[0049]
水资源模块，用于对水资源进行单一维度的评价。
[0050]
水资源模块，包括水资源条件、水资源开发利用效率、水资源合理配置、水资源管理能力。
[0051]
水资源条件包括降水量和径流量。径流量包括湖泊、水库和江河。
[0052]
水资源开发利用效率，包括水资源开发利用总率、区域水资源开发利用率、流域水资源开发利用率。水资源开发利用总率包括总水耗量和总水取用量；区域水资源开发利用率包括区域用水量和区域水资源总量。流域水资源开发利用率包括流域用水量和流域水资源总量。
[0053]
水资源合理配置包括总供水保证率、区域供水保证率。总供水保证率包括总预期供水量和年数，区域供水保证率包括区域预期供水量和年数。
[0054]
水资源管理能力包括节灌率。
[0055]
水环境模块，用于对水环境进行单一维度的评价。
[0056]
水环境模块包括地表水和地下水。地表水包括水质达标率。地下水包括地下水水质优良比率。
[0057]
水生态模块，用于对水生态进行单一维度的评价。
[0058]
水生态模块，包括生态结构和生态功能。生态结构包括景观风险指数。生态功能包括水源涵养和蒸发模拟。
[0059]
通过水源涵养，模拟了对生态结构中的降水进行截留、渗透和累计，并配合蒸发模拟进一步优化了生态结构和降水的循环调控。
[0060]
水资源模块、水环境模块和水生态模块协同作用，从三个维度上面实现了对水的管理。
[0061]
本评价系统涉及到物理学中的容量耦合概念及容量耦合系数相关模型推广到多个系统或多个要素间相互作用的耦合度模型，通过式6-1、式6-2、式6-3、式6-4，从而对本发明提供的评价系统进行客观的评价。公式如下：
[0062]cm
＝m{(u1·
u2…
um)/[π(u1+u2+
…
+um)]
1/m
}
ꢀꢀꢀꢀ
(式6-1)
[0063]
式中m为参与耦合分析的系统个数，u1为区域水资源发展水平的系统函数， u2为区域水生态发展水平的系统函数，um为区域水环境发展水平的系统函数，“三水”系统评价考虑三个系统间的协调耦合关系，因此上式可简化为：
[0064][0065]
式中，分别为f
(x)
,g
(y)
,h
(z)
综合水资源函数、水环境函数和综合水生态函数，式中，c为协调度，0≤c≤100。当c趋向100时系统处于最佳协调状态，系统之间或系统内部要素之间达到良性共振耦合,系统将趋向新的有序结构；当c＝0 时，耦合度极小，系统之间或系统内部要素之间处于无关状态，系统将向无序发展；反之，c越小，越不协调亦即越失调。
[0066]
设α，β，σ为待定权数，t为水资源、水环境与水生态综合评价指数，表示为：
[0067]
t＝α
·
f(x)+β
·
g(y)+δ
·
h(z)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式6-3)
[0068]
式中，分别为综合水资源函数、水环境函数和综合水生态函数。
[0069]
协调度在有些情况下很难反映出水资源、水环境和水生态的整体功能和发展水平。因此，用协调发展度d来度量发展协调水平的高低：
[0070][0071]
式中，d为协调发展度，c为协调度。
[0072]“三水”为水资源、水环境和水生态的总称。
[0073]
协调发展度d综合了“三水”协调状况c以及三者所处的发展层次t。而且，协调发展度d在一定程度上可反映出“三水”的动态变化趋，因此，协调度模型具有更高的稳定性及更广的适用范围。
[0074]
当协调发展度0《d≤40时，“三水”评价协同系统为低水平系统耦合，通过设置特定阀值1，低水平系统耦合自动判断出低水平系统耦合为水资源约束低水平耦合型或水环境约束低水平耦合型或水生态约束低水平耦合型。
[0075]
当协调发展度40《d≤50时，“三水”评价协同系统为拮抗期，通过设置特定阀值2，拮抗期自动判断出拮抗期为水资源约束拮抗型或水环境约束拮抗型或水生态约束拮抗型。
[0076]
当协调发展度50《d≤60时，“三水”评价协同系统为磨合期，通过设置特定阀值3，磨合期自动判断出磨合期为水资源约束磨合型或水环境约束磨合型或水生态约束磨合型。
[0077]
当协调发展度60《d≤80时，“三水”评价协同系统为中水平耦合期，通过设置特定阀值4，中水平耦合期自动判断出中水平耦合期为水资源约束中水平耦合型或水环境约束中水平耦合型或水生态约束中水平耦合型。
[0078]
当协调发展度80《d《100时，“三水”评价协同系统为高水平耦合期，通过设置特定阀值5，高水平耦合期自动判断出高水平耦合期为水资源约束高水平耦合型或水环境约束高水平耦合型或水生态约束高水平耦合型。
[0079]
可知，上述“三水”协同评价系统构建了水资源、水环境和水生态“三水”协同评价技术，通过水资源、水环境与水生态综合评价指数t和协调发展度d 既能反应“三水”综合等级和协同耦合状态，同时利用木桶效应原理识别出区域关键限制要素。