本发明涉及水资源承载力的预测调控，具体涉及一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法、存储介质及系统。
背景技术：
1、近年来，在社会经济的快速发展和城市化进程背景下，水资源短缺和水生态环境污染问题日益突出，社会经济发展的强度和规模已远远超出区域水资源可承载能力范围。水资源承载力作为衡量区域协调发展的重要指标之一，在指导区域水资源管理和利用方面发挥着重要作用。构建考虑社会、经济、水资源和水环境要素互馈机制的水资源承载力评价系统，并进行未来动态模拟预测及优化调控，对实现水资源的优化配置，为决策者提供科学可靠的发展战略至关重要。现阶段，绝大多数研究主要集中在对水资源承载力的评价方面。随着近年来《全国水资源承载能力监测预警技术大纲》的提出，少数针对水资源承载力的预测和调控的研究逐渐涌现，但现有研究多侧重于两者的独立研究，如何实现动态预测结果与调控一体化研究是值得探讨的方向。此外，如何在水资源承载力调控研究中融入国家发展规划，将最严格水资源管理制度的三条红线及城市发展规划纳入调控约束中的研究十分匮乏，开展此项研究可以使优化调控措施更具有时效性和实用性。
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法、存储介质及系统，在三条红线发展要求下，实现不同情景下水资源承载力的动态模拟与优化调控一体化研究，具有动态性、有效性和实用性优势。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法，包括如下步骤：
4、步骤1：通过对水资源承载力的系统结构进行分析，将其划分为不同子系统，并基于三条红线和区域人口规划，确定各子系统的核心要素。
5、步骤2：围绕各子系统及其核心要素，构建水资源承载力的系统动力学仿真模型并对模型进行有效性及灵敏度检验以保证模型的准确性；
6、步骤3：基于区域相关发展规划，确定需要调整的参数及数值，设置不同情景的发展模式，对不同发展情景下水资源承载力的演变进行动态模拟分析；
7、步骤4：以三条红线和人口规划作为约束，构建水资源承载力的多目标规划调控模型，对不同情景下的水资源承载力发展进行优化调控。
8、进一步地，所述步骤1中，水资源承载力系统结构划分为4个子系统，包括社会子系统、经济子系统、水资源子系统和生态环境子系统；依据三条红线及区域人口规划确定4个子系统的核心要素，分别为人口规模、万元gdp用水量、用水总量及污染物排放量。
9、进一步地，所述步骤2中，系统动力学仿真模型构建步骤包括基于系统分析确定系统建模结构、系统变量间的因果反馈关系分析确定、系统变量间关系的方程式构建、不同类型模型变量参数的确定、模型的模拟及有效性和灵敏度检验，构建的模型能够真实的描述水资源承载力系统内各要素间的动态反馈关系，通常：若构建的系统动力学仿真模型的模拟结果相对误差小于10％，参数灵敏度值小于0.1，则认为该模型是有效的。
10、进一步地，所述步骤2中，系统动力学模型的有效性及灵敏度检验计算公式如下：
11、(1)模型有效性检验
12、
13、式中：dt为相对误差；xst为时间t的预测值；xt为时间t的历史值。
14、(2)模型灵敏度分析
15、
16、式中：st为变量相对于t时刻参数的敏感度，xt和xt为t时刻调整前后的参数值，yt和yt为t时刻调整前后的变量值。
17、进一步地，所述步骤3中，结合区域发展规划，根据不同参数调整方式，形成现状延续性、经济发展型、资源节约型、环境保护型和综合发展型5种不同的发展情景模式，旨在寻找提升区域未来水资源承载力的发展模式。
18、进一步地，所述步骤3中，通过对不同参数变量调整，模拟不同发展情景下社会经济发展、水资源供需变化及水污染物排放变化情况，得到相应发展方案下的主要变量模拟值，基于模型预测结果，确定水资源承载力的承载状态。当水资源承载力处于超载状态时，需要进行多目标优化调控研究。单要素超载率和综合超载指数的计算公式如下：
19、
20、
21、式中：pi为单要素超载率；ci为指标预测值；si为指标发展规划值(表2)；pn为综合超载状态指数；pimax为pi的最大值；piave为pi的平均值。当在pi在[0,1)范围内，表示该评价要素不超载；当pi等于1，恰好处于可承载状态；当pi大于1，表示评价要素超载。当pn在[0,1)范围内，表明人类社会经济活动在水资源可承载范围内；当pn等于1，表明水资源恰能承载人类社会经济活动；当pn大于1，表明社会经济压力超过水资源的可承载范围。
22、进一步地，所述步骤4中，多目标规划模型以水资源可承载力的最大人口数量、最大经济产值和最小污染物负荷作为多目标函数，结合三条红线要求，以用水总量、用水效率、水污染物排放量及人口总量作为约束条件。
23、进一步地，所述步骤4中，多目标规划模型的求解方法通常可采用带精英策略的非支配排序遗传算法(nsga-ii)。
24、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任一项所述的基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法。
25、一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控系统，所述系统包括：
26、一个或多个处理器；
27、存储器，用于存储一个或多个程序；
28、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法。
29、通过采用上述技术手段，本发明所达到的有益效果和优点为：
30、(1)构建耦合“社会-经济-水资源-生态环境”子系统的水资源承载力系统动力学仿真模型，该模型可以实现各子系统要素间的动态交互作用，模拟预测结果准确、可靠，弥补了以往静态预测研究的不足；
31、(2)以区域水资源发展的三条红线要求和区域人口发展规划作为调控约束条件，调控结果更具有时效性和实用性；
32、(3)实现区域水资源承载力的动态预测与调控一体化研究，可为区域水资源承载力的科学调控和管理提供科学的决策依据和技术支持。
1.一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法，其特征在于，所述步骤1中，将水资源承载力系统结构划分为4个子系统，包括社会子系统、经济子系统、水资源子系统和生态环境子系统；依据三条红线及区域人口规划确定4个子系统的核心要素，分别为人口规模、万元gdp用水量、用水总量及污染物排放量。
3.根据权利要求1所述的一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法，其特征在于，所述步骤2中，系统动力学仿真模型构建步骤包括基于系统分析确定系统建模结构、确定系统变量间的因果反馈关系、系统变量间关系的方程式构建、不同类型模型变量参数的确定、模型模拟及有效性和灵敏度检验；若构建的系统动力学仿真模型的模拟结果相对误差小于10％，参数灵敏度值小于0.1，则认为该模型是有效的。
4.根据权利要求1所述的一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法，其特征在于，所述步骤2中，系统动力学仿真模型的有效性及灵敏度检验计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法，其特征在于，所述步骤3中，结合区域发展规划，根据不同参数调整方式，形成现状延续性、经济发展型、资源节约型、环境保护型和综合发展型5种不同的发展情景模式，旨在寻找提升区域未来水资源承载力的发展模式。
6.根据权利要求1所述的一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法，其特征在于，所述步骤3中，采用构建的系统动力学仿真模型进行模拟，预测不同发展情景下人口规模、万元gdp用水量、用水总量及污染物排放量，基于预测结果，获取不同情景下水资源承载力的承载状态；当水资源承载力处于超载状态时，需要进行多目标优化调控研究，单要素超载率和综合超载指数的计算公式如下：
7.根据权利要求1所述的一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法，其特征在于，所述步骤4中，多目标规划模型以水资源可承载的最大人口数量、最大经济产值和最小污染物负荷作为多目标函数，结合三条红线要求，以用水总量、用水效率、水污染物排放量及人口总量作为约束条件。
8.根据权利要求1所述的一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法，其特征在于，所述步骤4中，多目标规划模型的求解方法采用带精英策略的非支配排序遗传算法(nsga-ii)。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控方法。
10.一种基于三条红线约束的水资源承载力动态预测调控系统，其特征在于，所述系统包括：
