本发明属于流域社会生态水文过程模拟，涉及一种基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法及系统。
背景技术：
1、随着社会的不断发展，人们对水资源的需求越来越大，人类社会正在努力解决在不破坏生态系统的情况下向不断增长的人口供应可靠和可负担的水的问题。因此，需要对社会在未来的某段时间的用水量进行预测，但现有的方法仅能考虑单一影响因素，不能有效解释人类活动综合影响下工农业需水影响因子对需水量的作用机理；同时在农业进行需水预测时，未对气候变化对降雨的影响进行考虑，没有考虑需水量与社会经济规律的非线性关系。因此，现有的需水预测存在考虑因素不全面、影响因子的预测不符合实际，造成预测效果差、不能有效解释用水机理的技术问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决现有技术中需水预测存在考虑因素不全面、影响因子的预测不符合实际，造成预测效果差、不能有效解释用水机理的问题，提供一种基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法及系统。
2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法，包括：
4、步骤1：采集所研究地区的历史时期的水资源数据、土地利用数据和社会经济数据；
5、步骤2：基于所研究地区的行政区域与下游河网流域范围，将研究区域划分为若干个计算分区；
6、步骤3：基于所采集的水资源数据、土地利用数据、社会经济数据以及所划分的计算分区，建立社会生态水文演化模拟模型；
7、步骤4：基于社会生态水文演化模型的空间边界，以所采集的水文气象数据和区域用水量为输入，获取状态变量的仿真结果；
8、步骤5：评估状态变量的仿真结果是否为最优，若是，则确定社会生态水文演化模型的状态参数；若否，则重复步骤4，直至得到最优的社会生态水文演化模型；
9、步骤6：基于最优化的社会生态水文演化模型，设定未来若干个时期的降水量和潜在蒸发量数据情景，预测未来时期每个情景的社会生态水文演化过程的模拟值。
10、本发明的进一步改进在于：
11、进一步的，水资源数据包括：农业用水、工业用水、生活用水、第三产业用水量、水面蒸散发量和降水量；土地利用数据包括林草地面积、耕地面积、城镇用地面积；所述社会经济数据包括人口数量和区域gdp。
12、进一步的，建立社会生态水文演化模拟模型，具体为：人口数量、区域gdp、林草地面积和耕地面积的状态变量方程分别为：
13、pt＝pt-1×(1+rp)(1)
14、vgdp,t＝vgdp,t-1×(1+rv) (2)
15、agf,t＝agf，t-1×(1+rgf) (3)
16、ac,t＝ac,t-1×(1+rc) (4)
17、其中，rp为人口自然变化率，rv为区域gdp的自然增长率，rgf为草地面积的自然增长率，rc为耕地面积的自然增长率；
18、水面蒸散发量和降水量分别为：
19、ew，t＝αw×aw，t×ep,t (5)
20、prain，t＝aib×praina,t (6)
21、其中，ew，t为水面蒸散发量，αw表示水域蒸发换算系数；aw，t是水面面积；ep，t表示年潜在蒸发量；prain,t为降水量；aib表示区间面积；praina,t表示单位面积上的年降水量；
22、st＝st-1+prain,t+it-qt-et-wt (7)
23、其中，st是t时段的流域内蓄水量，st-1是t-1时段的流域内蓄水量；it是t时段的流域内总流入量，qt是t时段的流域内总流出量；et是t时段的流域内总蒸发量；wt是t时段的流域内总用水量。
24、进一步的，wt是t时段的流域内总用水量，具体为：
25、wt＝wd，t+wi，t+wa，t+wt,t (8)
26、wd，t＝pr，t×qr+pu，t×qu (9)
27、wi，t＝vgdp,t×qgdp(10)
28、wa，t＝ai，t×qi+nsheep，t×qsheep+ncow，t×qcow+npig，t×qpig (11)
29、wt，t＝pt，t×qt+nhb，t×qhb (12)
30、其中，wd，t为生活用水量；wi，t为工业用水量；wa，t为农业用水量；wt，t为第三产业用水量；pr,t、pu，t分别为农村人口及城市人口数量；qr和qu分别为农村人口和城市人口每人的用水定额；vgdp，t为区域gdp，qgdp为单位区域gdp用水定额；ai，t为耕地灌溉面积；qi为单位耕地灌溉用水定额；nsheep,t、ncow,t、npig，t分别为羊、牛、猪数量；qsheep、qcow和qpig分别为每只羊、牛和猪的用水定额；pt，t、nhb,t分别为第三产业从业人员与医院病床数量；qt和qhb分别为第三产业从业人员与医院病人每人的用水定额。
31、进一步的，计算分区为14个，计算分区1汇入河流上游的流量；计算分区之间的关系为：计算分区1的流域内蓄水量汇入计算分区2，计算分区2经过公式(7)得到的蓄水量汇入计算分区3；同时，计算分区5和计算分区4的蓄水量也汇入计算分区3；计算分区3和计算分区21的蓄水量汇入计算分区6；计算分区6和计算分区31的蓄水量汇入计算分区7，计算分区61的蓄水量汇入计算分区62，；计算分区7和计算分区7的蓄水量汇入计算分区8；计算分区33的蓄水量汇入计算分区32；计算分区32的蓄水量汇入计算分区31。
32、进一步的，基于社会生态水文演化模型的空间边界，以所采集的水文气象数据和区域用水量为输入，获取状态变量的仿真结果，具体为：社会生态水文演化模型使用相同的时间步长计算，社会生态水文演化模型的输入数据包括汇入计算分区1的河流上游流量；模型研究对象边界若有流量输入，则将汇入当前计算分区的流量数据作为模型输入数据，同时年降水数据、年潜在蒸发数据的水文气象数据也视为模型输入数据。
33、进一步的，评估状态变量的仿真结果是否为最优，具体为：基于kge系数评价评估状态变量的仿真结果是否为最优，具体为：
34、
35、其中，μs、μ0是模拟值和实测值的均值，σs、σ0是模拟值和实测值的均方差，r是模拟值和实测值之间的线性相关系数；kge的取值范围是小于等于1，越接近于1，说明模拟值越接近于观测值。
36、基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测系统，包括：
37、采集模块，所述采集模块采集所研究地区的历史时期的水资源数据、土地利用数据和社会经济数据；
38、划分模块，所述划分模块基于所研究地区的行政区域与下游河网流域范围，将研究区域划分为若干个计算分区；
39、构建模块，所述构建模块基于所采集的水资源数据、土地利用数据、社会经济数据以及所划分的计算分区，建立社会生态水文演化模拟模型；
40、获取模块，所述获取模块基于社会生态水文演化模型的空间边界，以所采集的水文气象数据和区域用水量为输入，获取状态变量的仿真结果；
41、评估模块，所述评估模块评估状态变量的仿真结果是否为最优，若是，则确定社会生态水文演化模型的状态参数；若否，直至得到最优的社会生态水文演化模型；
42、预测模块，所述预测模块基于最优化的社会生态水文演化模型，设定未来若干个时期的降水量和潜在蒸发量数据情景，预测未来时期每个情景的社会生态水文演化过程的模拟值。
43、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
44、本发明整合多途径获取的流域内州级的水资源和社会经济数据的基础，使用社会生态水文演化模型，模拟流域下游的社会经济与用水时空变化过程，预测在不同设置情景下未来时期流域下游的社会经济用水过程。本发明能够有效的预测未来社会在未来的某段时间的用水量，提高了社会对用水的适应性调整的能力，进而为经济社会发展提供参考依据。
1.基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法，其特征在于，所述水资源数据包括：农业用水、工业用水、生活用水、第三产业用水量、水面蒸散发量和降水量；土地利用数据包括林草地面积、耕地面积、城镇用地面积；所述社会经济数据包括人口数量和区域gdp。
3.根据权利要求2所述的基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法，其特征在于，所述建立社会生态水文演化模拟模型，具体为：人口数量、区域gdp、林草地面积和耕地面积的状态变量方程分别为：
4.根据权利要求3所述的基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法，其特征在于，所述wt是t时段的流域内总用水量，具体为：
5.根据权利要求4所述的基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法，其特征在于，所述计算分区为14个，计算分区1汇入河流上游的流量；计算分区之间的关系为：计算分区1的流域内蓄水量汇入计算分区2，计算分区2经过公式(7)得到的蓄水量汇入计算分区3；同时，计算分区5和计算分区4的蓄水量也汇入计算分区3；计算分区3和计算分区21的蓄水量汇入计算分区6；计算分区6和计算分区31的蓄水量汇入计算分区7，计算分区61的蓄水量汇入计算分区62,；计算分区7和计算分区7的蓄水量汇入计算分区8；计算分区33的蓄水量汇入计算分区32；计算分区32的蓄水量汇入计算分区31。
6.根据权利要求5所述的基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法，其特征在于，所述基于社会生态水文演化模型的空间边界，以所采集的水文气象数据和区域用水量为输入，获取状态变量的仿真结果，具体为：社会生态水文演化模型使用相同的时间步长计算，社会生态水文演化模型的输入数据包括汇入计算分区1的河流上游流量；模型研究对象边界若有流量输入，则将汇入当前计算分区的流量数据作为模型输入数据，同时年降水数据、年潜在蒸发数据的水文气象数据也视为模型输入数据。
7.根据权利要求6所述的基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测方法，其特征在于，所述评估状态变量的仿真结果是否为最优，具体为：基于kge系数评价评估状态变量的仿真结果是否为最优，具体为：
8.基于社会生态水文演化模型的社会用水需求预测系统，其特征在于，包括：
