区域用水总量动态模拟与智能预测控制

Simulation and analysis of the dynamic characteristics of total water use changing with socio-economic development and water resources conditions, determining the dynamic annual management targets of total water use under the constraint of redline control target, predictive control of total water use, and coordinate regulation water use behavior and socio-economic development pattern are the key scientific problems in the construction and implementation of total water use control policy to ensure sustainable socio-economic development. In this research, the key drivers of the change of total water use is quantitative identify firstly. Then a dynamic simulation model of total water use is established by integrating regional macroeconomic model, water behavior simulation model and water resources demand and supply balance model ,in order to simulation and analysis of the dynamic characteristics of total water use. Thirdly the process control characteristics of the determining and implementation of annual management targets is analysis, and an intelligent predictive control model of total water use is built to determine the dynamic annual management targets in a receding manner and regulate economic structure. Finally we set up the theoretical framework and method system and application pattern of dynamic simulation and control of total water use by the integration of drivers identify, the dynamic characteristics analysis, dynamic simulation and predictive control of total water use. This research can promote the cross fusion and integrated development of water conservancy science, economics and control science, on one hand, help the implementation and evaluation of the total water use control policy to ensure sustainable socio-economic development, and also promote the scientific arrangement of industrial structure.

模拟解析区域用水总量随社会经济发展和水资源条件动态变化特征，在红线控制目标约束下制定动态的用水总量年度管理目标，对用水总量进行预测控制，协同调控用水行为和产业结构，是用水总量控制落实和考核评价中亟待解答的关键科学问题。项目从定量识别驱动区域用水总量变化的关键因子入手，集成区域宏观经济子模型、行业用水行为子模和流域水资源供需调配子模型，建立区域用水总量动态模拟模型，模拟解析用水总量动态变化机制与特征；依据用水总量年度目标制定与落实的过程控制特性，构建智能预测控制模型，滚动制定年度用水总量管理目标，提出行业用水行为和产业结构调整方案；在此基础上构建集驱动因子识别、动态变化特征揭示、用水总量动态模拟与用水总量智能预测控制于一体的用水总量模拟与控制的理论、方法与应用模式。本研究将促进水利科学与经济学、控制科学的交叉融合与集成发展，推动区域用水总量控制制度的落实、考核及产业结构的科学安排。

为系统破解日趋复杂严峻的水问题，我国提出实行最严格水资源管理制度。制度核心是用水总量、用水效率和水功能区限制纳污“三条红线”，本质上是水资源量质效协同管控。但现有研究主要分散于水量、水质、用水效率的某个方面或某两个方面，尚未形成量质效协同管控的理论体系和关键技术。为此，将申请书中提出的用水总量变化特征、驱动机制、动态模拟和智能调控为以主的研究内容拓展为，构建以量质效指标变化特征、驱动机制和互馈关系以及量质效协同管控概念为基础、以量质效互馈关系模拟、年度管理目标静动转换与红线约束下用水调控为关键技术、以最严格水资源管理制度数字实验室为软件平台的水资源量质效协同管控关键理论与技术。主要取得5方面成果：（1）综合运用统计分析、理论解析和模拟验证三个途径，揭示了量质效指标随社会经济发展和来水丰枯的变化特征、驱动机制与指标间的互馈关系；（2）耦合宏观经济、需水与污染物、水资源供需平衡和水功能区水质达标率估算四个模块，建立了量质效互馈关系模拟模型，模拟量质效指标动态变化与互动关系，为量质效协同管控提供核心模型；（3）通过红线动态分解和简易折算，提出了适应经济发展与丰枯变化的动态年度管理目标制订方法，解决了用水总量红线考核难题；（4）提出了产业结构调整方向识别、基于拐点的多目标优化问题满意解确定方法，建立了红线约束下产业结构调整模型和种植结构多目标优化调整模型，提出了落实红线的经济结构与种植结构调整方案，为红线落实提供了决策支持。（5）建立了最严格水资源管理制度数字实验室，选择丰水地区北江流域和缺水地区山东省开展了应用反馈研究，为量质效协同管控提供了软件平台。成果丰富完善了最严格水资源管理制度科学内涵，支撑了制度落实和考核评价，对于提高水资源管理科学化水平具有重要意义。