一种考虑节水量的城市生活用水建模方法

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本发明涉及城市水资源领域，尤其是公开了一种考虑节水量的城市生活用水建模方法。

背景技术：

1、近年来，由于我国城镇化的不断推进，许多农民工纷纷搬往大型和中型城市。第七次全国人口统计数据表明，目前全国的城镇居民总量约90199万人，城镇化的比例也达到了63.89％。而城市生活用水作为城市发展的重要一环，能否保障城市生活用水的供应和品质与城市居民的生活质量息息相关。《中国水资源公报》的数据表明，中国城市的生活用水量以惊人的速度增加，2000年达到285.9亿立方米，占全国总用水量的5.2％；而2010年，这一数字进一步攀升至462亿立方米，占比达到7.7％。到了2015年，这一数字更是攀升到了552.7亿立方米，相较于2000年的中国城市生活用水量，增长幅度达到了93.3％。

2、目前为了更好地满足人们日常生活生活所需，我国城市用水主要实行定额管理，研究主要集中在筛选出更适宜的方法来预测城市生活需水量和从供给侧保证城市供水安全，而对城市生活用水内部规律的研究却很少。例如，对城市生活用水节水的研究主要集中在节水器具的改造或居民用水行为等单一因素上，或从宏观角度研究产业结构和人口对城市生活用水的影响，但从综合各影响因素的角度探讨城市生活用水的过程和内在规律的节水研究还不多。因此，本研究旨在对城市生活用水过程进行模拟研究，梳理城市生活用水的内在规律，找出关键的节水点和最佳节水策略，对城市可持续发展和进一步推进城市生活节水具有重要的理论价值和实践指导意义。

3、系统动力学(system dynamics)是一种将结构、功能和历史结合起来，借助计算机进行模拟仿真而定量地研究高阶次、非线性、多重反馈复杂时变系统的系统分析理论和方法。它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是系统科学的一个分支，也是沟通自然学科和社会学科等领域的横向学科。系统动力学认为，系统行为模式与特性主要取决于其内部的动态结构与反馈机制。系统动力学的建模过程是一个学习、调查研究的过程，模型的主要功能是向人们提供一个进行分析与决策的工具，可作为实际系统，特别是社会、经济、生态复杂大系统的“实验室”。利用系统动力学模型可以较好的把握系统的各种反馈关系，将系统与环境、系统内部各子系统之间相互作用的复杂关系通过一系列微分过程和函数关系加以表述，从而实现对系统结构、功能乃至发展趋势进行模拟和预测。

4、系统动力学以反馈回路来描述系统的结构，把一阶反馈回路作为系统模型的基本结构或基本单元。系统动力学模型构建一般由动态反馈机制分析，即构建因果关系图，以及建立模拟模型流图和系统动力学方程等几个步骤组成。系统动力学模型从本质上看是带时间滞后的一阶微分方程，由于建模时借助于“因果分析图”和“流图”，其中“积量”、“流率”和其它辅助变量都具有明显的物理意义。其主要概念就是以一种宏观的角度来思考、解决问题，避免因微观角度而局限于片段思考，并且透过仿真方式来探讨问题，由不同的变量与情境来观察其结果变化，以达到分析问题的目的。系统动力学与其它分析工具最大的不同点在于它具备处理非线性、信息回馈、时间滞延、动态复杂性问题的能力。

5、城市生活用水涉及社会经济、城市发展、居民行为意识的复杂系统。它通过各个因素相互耦合运行，是一个长期动态的过程，这些因素具有非线性和多回路反馈的特点。一般传统的方法，例如问卷调查或者单一考虑某几个影响因素的研究方法无法完全说明问题，而系统动力学恰恰很适合对城市生活用水进行研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了减少城市生活用水的消耗，提高城市生活用水节水量，找出关键的节水点和最佳节水策略，进而提供一种考虑节水量的城市生活用水建模方法。

2、本发明通过采用下述技术方案予以实现：

3、一种考虑节水量的城市生活用水建模方法，包含以下步骤：

4、步骤1：现状分析及确定影响因素；包括梳理城市地理气候情况、城市社会经济发展情况、当地水资源情况、水资源开发利用状况；确定人口、gdp、城市生活用水供水量、居民生活用水量、城市公共生活用水量、节水意识、中水回用水平、节水器具改造水平等影响因素；

5、步骤2：根据上述分析，确定变量之间的相互关系；变量之间可以用状态变量、速率变量、辅助变量进行描述；

6、步骤3：建立变量存量图；包括：社会经济子系统流量存量图、水资源供应子系统流量存量图、居民生活用水子系统流量存量图、城市公共生活用水子系统流量存量图；

7、步骤4：基于存量图数据拟合方程运行；即将取得的数据带入各个子系统的方程之中，通过方程运行获得相应的参数；

8、步骤5：对上述参数进行调整；为了使模型能更真实可靠展现城市生活用水的特点和全过程，必须要在建模过程中不断加入删除某些参数，或者调整参数之间的因果关系；

9、步骤6：建立模型检验：模型检验包括直观性测试、量纲一致性测试、行为重现测试、积分误差测试和灵敏度测试。

10、本发明的有益效果是：

11、本发明建模方法，能够帮助我们更好地理解和预测城市生活用水未来的发展趋势，模型检验贯穿在系统动力学建模整个过程中，目的是为了保证模型的准确性、有效性和可靠性。模型检验有直观性测试、量纲一致性测试、行为重现测试、积分误差测试和灵敏度测试。

12、本发明通过梳理总结城市地理气候情况、城市社会经济发展情况、当地水资源情况、水资源开发利用状况；确定人口、gdp、城市生活用水供水量、居民生活用水量、城市公共生活用水量、节水意识、中水回用水平、节水器具改造水平等影响因素，通过模型流程图的出现使得各要素之间原本复杂的逻辑关系，变得清晰明确，便于研究者能快速厘清系统的结构，实现本研究旨在对城市生活用水过程进行模拟研究，梳理城市生活用水的内在规律，找出关键的节水点和最佳节水策略，对城市可持续发展和进一步推进城市生活节水具有重要的理论价值和实践指导意义的目的。

技术特征：

1.一种考虑节水量的城市生活用水建模方法，其特征在于：包含以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种考虑节水量的城市生活用水建模方法，包括步骤1：现状分析及确定影响因素；步骤2：充分考虑变量之间的相互关系；步骤3：建立流量存量图；步骤4：基于数据拟合方程，带入方程运行；步骤5：调整参数；步骤6：模型检验。本发明应对城市生活用水短缺的危机，可保障居民生活水平和城市的可持续发展。

技术研发人员：刘洪波,李佳聪
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15

网址：一种考虑节水量的城市生活用水建模方法 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/1149600

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