一种区域水平衡诊断分析系统

1.本发明涉及水资源管理技术领域，特别涉及一种区域水平衡诊断分析系统。


背景技术：

2.目前针对水资源管理的技术已经相对成熟，包括水资源智能管理输送、水资源精细化调度、水资源供需预测与动态调控等诸多方面。虽然水资源管理的覆盖范围广泛，其中也涉及供需水平衡等内容，但现有的关于水资源管理的研究相对片面且只能反映和解决部分水资源管理问题，无法满足当前水资源管理的实际需求。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种能够提升水资源管理过程的全面性的区域水平衡诊断分析系统。
4.一种区域水平衡诊断分析系统，包括：
5.人水关系数据模块，用于统计、储存、处理和分析人水关系数据；
6.水平衡要素识别模块，用于识别并调用所述人水关系数据模块获取的和区域水平衡基本构成相关的数据；
7.水平衡状态评价模块，用于根据预设的水平衡方程并结合所述水平衡要素识别模块调用的数据求解水平衡方程，并根据所述水平衡方程的计算结果判别区域水平衡的状态水平；
8.水平衡诊断模块，用于根据区域水平衡的状态水平的结果辨识影响区域水平衡状态的关键因素并进行预报预警；
9.水平衡状态调控模块，用于根据预设算法并结合所述水平衡诊断模块辨识得到的区域水平衡状态的关键因素，模拟不同情景下区域水平衡状态的演变特征以制定满足健康水平衡状态需求的优选调控方案。
10.在其中一个实施例中，所述区域水平衡基本构成相关的数据包括水资源数据、经济社会数据、生态环境数据以及预设的期望数据，所述人水关系数据模块包括：
11.水资源数据模块，用于统计和储存水资源数据；
12.经济社会数据模块，用于统计和储存经济社会数据；
13.生态环境数据模块，用于统计和储存生态环境数据；
14.期望数据模块，用于统计和储存预设的期望数据；
15.数据处理模块，用于对人水关系数据进行统一化、标准化、格式化；
16.数据分析模块，用于评估人水关系数据的精度和可靠性。
17.在其中一个实施例中，所述水平衡要素识别模块包括：
18.水收支平衡要素识别模块，用于识别并调用所述人水关系数据模块获取的水资源收入和支出相关要素数据；
19.经济社会供需水平衡要素识别模块，用于识别并调用所述人水关系数据模块获取
的经济社会供需水相关要素数据；
20.经济与生态用水平衡要素识别模块，用于识别并调用所述人水关系数据模块获取的经济与生态用水相关要素数据。
21.在其中一个实施例中，所述水平衡状态评价模块包括：
22.水收支平衡状态评价模块，用于根据预设的水收支平衡方程并结合所述水收支平衡要素识别模块调用的数据求解水收支平衡方程，并根据所述水收支平衡方程的计算结果判别区域水收支平衡的状态水平；
23.经济社会供需水平衡状态评价模块，用于根据预设的经济社会供需水平衡方程并结合所述经济社会供需水平衡要素识别模块调用的数据求解经济社会供需水平衡方程，并根据所述经济社会供需水平衡方程的计算结果判别区域经济社会供需水平衡的状态水平；
24.经济与生态用水平衡状态评价模块，用于根据预设的经济与生态用水平衡方程并结合所述经济与生态用水平衡要素识别模块调用的数据求解经济与生态用水平衡方程，并根据所述经济与生态用水平衡方程的计算结果判别区域经济与生态用水平衡的状态水平；
25.人水关系和谐平衡评价模块，用于根据预设的人水关系和谐平衡算法并结合所述水收支平衡状态评价模块、所述经济社会供需水平衡状态评价模块及所述经济与生态用水平衡状态评价模块对应的水平衡的状态水平结果求解所述人水关系和谐平衡算法，并根据所述人水关系和谐平衡算法的计算结果判别区域人文系统和水系统和谐发展水平。
26.在其中一个实施例中，所述水平衡诊断模块包括：
27.计算模块，用于根据预设算法定量计算各水平衡参与要素对水收支平衡状态、经济社会供需水平衡状态、经济与生态用水平衡状态的影响程度，以及对整体区域水平衡状态的影响程度，并可视化计算结果；
28.关键因素辨识模块，用于根据预设算法并结合所述计算模块的计算结果辨识影响区域水平衡状态的关键因素，并分析所述关键因素影响区域水平衡状态的潜在原因；
29.预警预报模块，用于对所述计算模块的计算结果中超过临界阈值的指标进行预警，并预报超过临界阈值的所述指标的下一步的发展方向。
30.在其中一个实施例中，所述水平衡状态调控模块包括：
31.情景模拟模块，用于根据预设算法并结合所述水平衡诊断模块辨识得到的区域水平衡状态的关键因素，模拟不同情景下区域水平衡状态的演变特征；
32.方案产出模块，用于根据预设算法并结合所述情景模拟模块输出的模拟结果，制定满足健康水平衡状态需求的优选调控方案；
33.效果评价模块，用于评估所述方案产出模块制定的优选调控方案的科学性和有效性；
34.应急处理模块，用于应对研究区域出现的突发情况并制定应急处理方案。
35.在其中一个实施例中，所述情景模拟模块包括气候变化单元、人类活动单元和下垫面变化单元。
36.在其中一个实施例中，所述方案产出模块包括：
37.水资源短缺应对单元，用于制定能够应对水资源短缺的各种措施；
38.水生态损害应对单元，用于制定能够应对水生态损害的各种措施；
39.水环境污染应对单元，用于制定能够应对水环境污染的各种措施；
40.水灾害应对单元，用于制定能够应对水灾害的各种措施。
41.在其中一个实施例中，所述效果评价模块包括：
42.水收支平衡评价单元，用于评估调控方案对水资源收入项和水资源支出项平衡的作用效果；
43.经济社会供需水平衡评价单元，用于评估调控方案对经济社会供水和需水平衡的作用效果；
44.经济与生态用水平衡评价单元，用于评估调控方案对经济用水和生态用水平衡的作用效果；
45.人水关系和谐平衡评价单元，用于评估调控方案对人文系统和水系统和谐平衡的作用效果。
46.在其中一个实施例中，所述应急处理模块包括应急联动机制单元、应急预案库单元、会商支持单元和应急处置决策单元。
47.本技术提供的区域水平衡诊断分析系统，水平衡要素识别模块能够从人水关系数据模块储存的海量的人水关系数据中识别并调用和区域水平衡基本构成相关的数据，满足区域水平衡状态评价及调控数据需求，水平衡状态评价模块根据预设的水平衡方程并结合水平衡要素识别模块调用的数据求解水平衡方程，并根据水平衡方程的计算结果判别区域水平衡的状态水平；水平衡诊断模块根据区域水平衡的状态水平的结果辨识影响区域水平衡状态的关键因素并进行预报预警；水平衡状态调控模块依靠预设算法并根据水平衡诊断模块辨识得到的区域水平衡状态的关键因素，模拟不同情景下区域水平衡状态的演变特征以制定满足健康水平衡状态需求的优选调控方案。因此，本发明能够系统评估区域水平衡状态水平并识别区域水平衡状态的关键因素，同时能够制定出满足健康水平衡状态需求的优选调控方案，从而可有效提升水资源管理过程的全面性，从而保障区域水资源安全的同时支撑经济社会高质量发展，有助于实现人与自然和谐发展。
附图说明
48.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
49.图1为一实施例中的区域水平衡诊断分析系统的结构框图；
50.图2为一实施例中的人水关系数据模块的结构框图；
51.图3为一实施例中的水平衡要素识别模块的结构框图；
52.图4为一实施例中的水平衡状态评价模块的结构框图；
53.图5为一实施例中的水平衡诊断模块的结构框图；
54.图6为一实施例中的预警预报模块的结构框图；
55.图7为一实施例中的水平衡状态调控模块的结构框图；
56.图8为一实施例中的情景模拟模块的结构框图；
57.图9为一实施例中的方案产出模块的结构框图；
58.图10为一实施例中的效果评价模块的结构框图；
59.图11为一实施例中的应急处理模块的结构框图。
具体实施方式
60.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
61.区域水平衡的研究对象是人文系统和水系统交融而成的人水系统，它是水与社会、经济、生态、环境等诸多要素相互作用、协同耦合而成的复合巨系统，系统内部存在着复杂、动态的竞争关系，使得处理好人水关系、实现人与自然和谐共生尤为困难。在人水系统中，由于水循环的不断进行，水资源的收入和支出是持续存在的，其在经济社会系统和生态环境系统间存在流动交换过程，三者之间的关键互馈点主要是水资源的取-用-耗-排等环节，其中经济社会发展和生态环境保护对水资源需求之间的竞争关系尤为明显。
62.总结来讲，区域水平衡是以人水系统为研究对象，以水循环为纽带，顺应人水关系作用演变规律，遵循水收支平衡，统筹经济社会供需水平衡、经济与生态用水平衡，促进人水关系和谐平衡，而达到的一种水系统状态。其中，水收支平衡是最为根本的要求，也是研究实现其它平衡的基础，经济社会供需水平衡和经济与生态用水平衡是区域水平衡需要统筹的两个重要部分，人水关系和谐平衡是较高层次的目标，它的实现以水收支平衡、经济社会供需水平衡以及经济与生态用水平衡的实现为前提。
63.如图1所示，为解决提升水资源管理过程的全面性的技术问题，本技术提供了一种区域水平衡诊断分析系统，该区域水平衡诊断分析系统包括人水关系数据模块100、水平衡要素识别模块200、水平衡状态评价模块300、水平衡诊断模块400及水平衡状态调控模块500，人水关系数据模块100用于统计、储存、处理和分析人水关系数据；水平衡要素识别模块200用于识别并调用人水关系数据模块100获取的和区域水平衡基本构成相关的数据；水平衡状态评价模块300用于根据预设的水平衡方程并结合水平衡要素识别模块200 调用的数据求解水平衡方程，并根据水平衡方程的计算结果判别区域水平衡的状态水平；水平衡诊断模块400用于根据区域水平衡的状态水平的结果辨识影响区域水平衡状态的关键因素并进行预报预警；水平衡状态调控模块500 用于依靠预设算法并根据水平衡诊断模块400辨识得到的区域水平衡状态的关键因素，模拟不同情景下区域水平衡状态的演变特征以制定满足健康水平衡状态需求的优选调控方案。
64.本技术提供的区域水平衡诊断分析系统，水平衡要素识别模块200能够从人水关系数据模块100储存的海量的人水关系数据中识别并调用和区域水平衡基本构成相关的数据，满足区域水平衡状态评价及调控数据需求，水平衡状态评价模块300根据预设的水平衡方程并结合水平衡要素识别模块200调用的数据求解水平衡方程，并根据水平衡方程的计算结果判别区域水平衡的状态水平；水平衡诊断模块400根据区域水平衡的状态水平的结果辨识影响区域水平衡状态的关键因素并进行预报预警；水平衡状态调控模块500依靠预设算法并根据水平衡诊断模块400辨识得到的区域水平衡状态的关键因素，模拟不同情景下区域水平衡状态的演变特征以制定满足健康水平衡状态需求的优选调控方案。因此，本发明能够系统评估区域水平衡状态水平并识别区域水平衡状态的关键因素，同时能够制定
出满足健康水平衡状态需求的优选调控方案，从而可有效提升水资源管理过程的全面性，从而保障区域水资源安全的同时支撑经济社会高质量发展，有助于实现人与自然和谐发展。
65.具体地，人水关系数据模块100主要是结合水利信息技术和网络空间技术，充分利用数据交换平台，从基础、空间、监测、多媒体等各种数据库中多渠道获取人水系统相关的海量多源数据，并进行整理分类，满足区域水平衡状态评价及调控数据需求，很大程度提升了工作效率。
66.如图2所示，区域水平衡基本构成相关的数据包括水资源数据、经济社会数据、生态环境数据以及预设的期望数据，人水关系数据模块100包括水资源数据模块110、经济社会数据模块120、生态环境数据模块130、期望数据模块140、数据处理模块150及数据分析模块160。
67.水资源数据模块110用于统计和储存水资源数据，水资源数据包括人均用水量、总用水量、人均耗水量、总耗水量、供水量、水资源总量、降水量、径流补给量、内调水量及蒸发量等。经济社会数据模块120用于统计和储存经济社会数据，经济社会数据包括人口、第一产业gdp、第二产业gdp、第三产业gdp、耕地面积、城镇化率、第一产业用水定额、第二产业用水定额、第三产业用水定额、水源、水质类别及供水方式等。生态环境数据模块130用于统计和储存生态环境数据，生态环境数据包括森林覆盖率、生态需水量、废污水排放量、生物量、水资源质量以及单位用水经济效益等。期望数据模块 140用于统计和储存预设的期望数据，期望数据包括土壤条件、地质地貌、气候气象、水利工程及土地利用类型等。
68.数据处理模块150用于对人水关系数据进行统一化、标准化、格式化，具体地，通过数据处理模块150对人水关系数据的格式标准、查询索引、时空尺度进行统一化、标准化、格式化，达到数据入口对齐、数据出口标准。
69.数据分析模块160用于评估人水关系数据的精度和可靠性，确保该人水关系数据能够满足后续区域水平衡状态评价及调控的精度和可靠性需求，数据分析模块160能够初步分析人水关系数据的特性，该人水关系数据的特性包括数据的演变性、趋势性、周期性、突变性，进而以实现对人水关系数据的精度和可靠性的精确评估。
70.具体地，数据分析模块160评估数据的精度和可靠性主要通过数据的相关系数、均方根误差和平均误差三个指标进行评估，若数据的精度和可靠性不能满足要求，则通过降低数据的精度和可靠性评价尺度或者数学插值等方法进行调节，若该数据的精度和可靠性仍不能达到要求则舍弃该数据。
71.如图3所示，水平衡要素识别模块200包括水收支平衡要素识别模块210、经济社会供需水平衡要素识别模块220及经济与生态用水平衡要素识别模块 230，水收支平衡要素识别模块210用于识别并调用人水关系数据模块100获取的水资源收入和支出相关要素数据，水收支平衡要素识别模块210包括水收入要素识别单元和水支出要素识别单元。
72.经济社会供需水平衡要素识别模块220用于识别并调用人水关系数据模块100获取的经济社会供需水相关要素数据，经济社会供需水平衡要素识别模块220包括经济社会供水要素识别单元和经济社会需水要素识别单元。
73.经济与生态用水平衡要素识别模块230用于识别并调用人水关系数据模块100获取的经济与生态用水相关要素数据，经济与生态用水平衡要素识别模块230包括经济用水
要素识别单元和生态用水要素识别单元。
74.如图4所示，水平衡状态评价模块300包括水收支平衡状态评价模块310、经济社会供需水平衡状态评价模块320、经济与生态用水平衡状态评价模块 330及人水关系和谐平衡评价模块340，水收支平衡状态评价模块310用于根据预设的水收支平衡方程并结合水收支平衡要素识别模块210调用的数据求解水收支平衡方程，并根据水收支平衡方程的计算结果判别区域水收支平衡的状态水平。
75.本发明提供的区域水平衡诊断分析系统，能够智能考虑不同尺度研究区的实际情况，从水收支平衡、经济社会供需水平衡、经济与生态用水平衡三个方面准确识别区域水平衡的参与要素，调用数据并实现数字化传输，保证了相关工作的针对性和时效性。
76.具体地，水收支平衡侧重于表现区域水资源收入项(降水、径流补给、内调水等)和支出项(蒸散发、外流径流、外调水等)的均衡关系，其根本依据为水量平衡原理，是区域水平衡的“内在定律”。
77.水量平衡原理是指地球上任一区域任一时段内，收入的水量与支出的水量之差必然等于该区域内蓄水量的变化量。即在任意的时域空间中，水资源数量始终遵循上述定律，具体表现为水量平衡基本方程。其是水循环的数量表示，也是水收支平衡现象和过程分析的研究基础。基于水量平衡原理研究水收支平衡，能够明晰各种水收支要素的分布、转化、消耗过程与规律，明确区域水资源禀赋和刚性约束规模，优化调控水资源时空分布。
78.水收支平衡状态评价模块310包括水收支平衡计算模块和水收支平衡评价模块，水收支平衡计算模块用于根据预设的水收支平衡方程并结合水收支平衡要素识别模块210调用的数据求解水收支平衡方程。
79.水收支平衡方程具体为：
80.w
收-w
支
＝δw
81.其中：w
收
为水资源收入项，水资源收入项包括降水量、天然入境水量、外调入境水量、地下水溢出量等；w
支
为水资源支出项，水资源支出项包括蒸发量、降水入渗量、出境水量等；δw为水资源变化量，水资源变化量包括水库蓄水变化量、河道蓄水变化量等。
82.经济社会供需水平衡是指水资源可供给量与经济社会需求量相匹配，遵循“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的原则，是区域水平衡的“刚性约束”。针对经济社会系统，水资源供给侧主要是地表水、地下水、再生水、外调水等多种水源，需求侧主要是生活、生产等不同用水类型，同时衔接二者之间有诸多“杠杆”要素。基于供需平衡原理实现上述结构的匹配状态，有助于缓解区域多元化供需水矛盾、保障经济社会的稳定向好发展。
83.经济社会供需水平衡状态评价模块320用于根据预设的经济社会供需水平衡方程并结合经济社会供需水平衡要素识别模块220调用的数据求解经济社会供需水平衡方程，并根据经济社会供需水平衡方程的计算结果判别区域经济社会供需水平衡的状态水平。
84.经济社会供需水平衡方程具体为：
85.w
a-wb wc＝wd86.其中：wa为水源供水量，水源供水量包括地表水源供水量、地下水源供水量、再生水源供水量等；wb为用水量，用水量包括工业用水量、农业用水量、生活用水量、服务用水量等；wc为行业间重复用水量；wd为水损耗量，水损耗量包括输水蒸发与渗漏量、用水蒸发与渗漏量等。
87.经济与生态用水平衡主要体现在经济发展和生态保护对水资源需求竞争上的协调，旨在达到以有限水资源促进经济高质量发展和生态高水平保护的平衡点，是区域水平衡的“基本遵循”。
88.在水资源开发利用上，经济和生态系统存在着正负双向反馈，从竞争层面上讲，二者存在难以协调的制约关系，经济发展会导致环境污染、生态退化，生态保护又会反过来限制经济的发展；但同时又存在彼此支撑的促进关系，经济的发展能够更多地投入资金，研发高新技术应用于生态保护，生态健康稳定是经济高质量发展的基石。实现经济和生态用水的协同平衡状态，能够以有限的水资源获得最大的综合效益，助力区域协调发展和生态文明建设。
89.经济与生态用水平衡状态评价模块330用于根据预设的经济与生态用水平衡方程并结合经济与生态用水平衡要素识别模块230调用的数据求解经济与生态用水平衡方程，并根据经济与生态用水平衡方程的计算结果判别区域经济与生态用水平衡的状态水平。
90.具体地，基于人水和谐论理论，结合经济-生态综合发展指数与用水定量关系，构建经济与生态用水平衡方程，具体如下：
[0091][0092][0093]
其中：sehd(t)和ehd(t)分别为经济系统和谐度和生态系统和谐度， sehd(t)和ehd(t)的取值介于0到1；n1和n2分别为对应经济系统和生态系统的绩效指标的个数；ω
1i
和ω
2i
为运用熵权法计算的经济和生态系统绩效指标权重，ω
1i
和ω
2i
的取值介于0到1，且和均等于1；y
1i
(t)和为经济系统和生态系统的绩效指标的数值；si1(y
1i
(t))和si2(y
1i
(t))分别为经济系统和生态系统的绩效指标的和谐度。
[0094]
基于上述计算得到的sehd(t)和ehd(t)，通过加权求和的方法计算经济与生态用水和谐发展程度(swehd)，来综合反映区域经济与生态用水和谐发展程度，从而更加客观地反应区域经济与生态用水平衡的状态水平，经济与生态用水和谐发展程度(swehd)计算公式如下：
[0095]
swehd(t)＝β1·
sehd(t) β2·
ehd(t)
[0096]
其中：swehd(t)∈[0,1]，swehd的值越趋近于1，则表示经济与生态用水和谐发展程度越高，反之swehd的值越趋近于0，则表示经济与生态用水和谐发展程度越低；β1、β2分别为对应经济系统、生态系统的权重，β1、β2的取值均介于0到1，且β1 β2＝1，β1、β2的具体取值由经济系统、生态系统各自的重要程度决定。
[0097]
进一步地，水收支平衡方程求解、经济社会供需水平衡方程求解和经济与生态用水平衡方程求解分别通过内嵌预设的各种方程算法实现，将辨识得到各要素数据作为输入项，输出得到对应的平衡程度量化结果。水收支平衡状态评价、经济社会供需水平衡状态评价和经济与生态用水平衡状态评价分别通过对应的对比评判标准实现，评判标准遵循科学合理、系统全面、因地制宜等原则确定，分为劣、差、中、良、优五个等级。
[0098]
人水关系和谐平衡是较高层次的目标，它的实现以水收支平衡、经济社会供需水平衡以及经济与生态用水平衡的实现为前提。人水关系和谐平衡的实现，不仅意味着人文系统的稳定发展，而且表征着水系统的健康发展，以人水系统和谐发展为前提。
[0099]
人水关系和谐平衡评价模块340用于根据预设的人水关系和谐平衡算法并结合水收支平衡状态评价模块310、经济社会供需水平衡状态评价模块320 及经济与生态用水平衡状态评价模块330对应的水平衡的状态水平结果求解人水关系和谐平衡算法，并根据人水关系和谐平衡算法的计算结果判别区域人文系统和水系统和谐发展水平。
[0100]
本发明提供的区域水平衡诊断分析系统，通过内嵌不同水平衡方程算法，完成区域水平衡状态程度量化并实现可视化，通过对比评判标准评价区域水平衡状态水平，可以明确区域水资源开发利用状况，从而更好地支撑经济社会发展和生态环境保护。
[0101]
进一步地，水平衡状态评价模块300还包括水旱灾害有效防治评价模块和水污染有效治理评价模块，水旱灾害有效防治评价模块用于根据预设的水旱灾害防治模型并结合水收支平衡要素识别模块210调用的与水旱灾害防治相关的数据求解水旱灾害防治模型，并根据水旱灾害防治模型的计算结果判别区域水旱灾害防治的水平。水污染有效治理评价模块用于根据预设的水污染治理模型并结合水收支平衡要素识别模块210调用的与水污染治理相关的数据求解水污染治理模型，并根据水污染治理模型的计算结果判别区域水污染治理的水平。
[0102]
人水关系和谐平衡评价模块340用于根据预设的人水关系和谐平衡算法并结合水收支平衡状态评价模块310、经济社会供需水平衡状态评价模块320、经济与生态用水平衡状态评价模块330、水旱灾害有效防治评价模块和水污染有效治理评价模块对应的水平衡的状态水平结果求解人水关系和谐平衡算法，并根据人水关系和谐平衡算法的计算结果判别区域人文系统和水系统和谐发展水平。
[0103]
人水关系和谐发展程度内涵丰富，除包含上述水收支平衡、经济社会供需水平衡和经济与生态用水平衡三大平衡外，还包括水旱灾害有效防治和水污染有效治理等外在表现，结合水收支平衡要素识别模块210、经济社会供需水平衡要素识别模块220及经济与生态用水平衡要素识别模块230对应的水平衡的状态水平结果和人水关系数据模块100储存的数据成果，通过系统预设的人水关系和谐平衡算法(例如单指标量化-多指标综合-多准则集成方法， smi-p)给出更加精准地区域人文系统和水系统和谐发展水平评价结果。
[0104]
如图5所示，水平衡诊断模块400包括计算模块410、关键因素辨识模块 420及预警预报模块430，计算模块410用于根据预设算法定量计算各水平衡参与要素对水收支平衡状态、经济社会供需水平衡状态、经济与生态用水平衡状态的影响程度，以及对整体区域水平衡状态的影响程度，并可视化计算结果，从而以量化各水平衡参与要素对各种平衡的影响程度。
[0105]
关键因素辨识模块420用于根据预设算法并结合计算模块410的计算结果辨识影响区域水平衡状态的关键因素，并分析关键因素影响区域水平衡状态的潜在原因；具体地，该潜在原因例如水资源禀赋的差异、调水工程缺失、空间发展布局不合理等。
[0106]
进一步的，在计算模块410、关键因素辨识模块420中内嵌预设的各种算法实现相应求解功能，关于关键因素辨识模块420的求解方法较多，本发明设计的预设算法主要分为四类：
①
单变量系统建模辨识方法，如最小二乘法、极大似然法、随机逼近法、预报误差法
等；
②
多变量系统建模辨识方法，如神经网络、模糊逻辑理论、遗传算法、小波网络等；
③
时间序列建模辨识方法，如自回归滑动平均模型、多变量自回归滑动平均模型、多变量自回归模型等；
④
非建模辨识方法，如回归分析、相关分析、灰色关联分析等。针对不同尺度研究区和水平衡相关问题，可选择适用的算法进行分析，或选择多个算法同时分析，通过对比其优劣性选择最优的方法。
[0107]
预警预报模块430用于对计算模块410的计算结果中超过临界阈值的指标进行预警，并预报该超过临界阈值的指标的下一步的发展方向，为工作人员及时采取应对措施提供参考。
[0108]
如图6所示，预警预报模块430包括预警指标信息单元431、警报级别单元432、风险管控方向单元433、警情预报单元434和警情发布单元435。其中，预警指标信息单元431用于比对指标和该指标对应的临界阈值，并根据比对结果给出预警信息，该指标包括水情、水质等；警报级别单元432用于结合预警信息和判定标准确定警报级别，该警报级别包括蓝色、黄色、橙色、红色四个级别。
[0109]
风险管控方向单元433用于提示警报触发原因，并给出推荐的处理措施和建议，风险管控方向单元433还能够将给出的信息传送至交互界面以供用户获取；警情预报单元434用于针对不同的预见期提供预警预判，预见期指未来的一定时段，可分为短中长三个尺度，例如未来5年、未来10年、未来 20年分别是短、中、长三个不同尺度的预见期的一种设定范围。警情预报单元434可通过预设的预测算法例如灰色预测模型、蒙特卡洛模型等实现预警预判，或者通过历史相似性分析确定；警情发布单元435用于将警情预报单元434反馈的信息进行可视化展示，进而直观化预警预报结果，该预警信息涵盖区域水平衡的各个层面，涉及与预警指标构成要素有关的各类水行政部门，在得到行政部门许可后，及时以手机短信、广播、微信、微博等形式传播信息，通知影响区域做好相关准备。
[0110]
本发明提供的区域水平衡诊断分析系统，通过内嵌的预设算法，可以准确识别制约区域水平衡的关键因素，结合阈值控制思路和预警预报方法，提供潜在危险信息和可能发展方向，为解决水资源管理缺乏协同性、规划缺乏整体性、治理缺乏针对性等问题提供基础支撑。
[0111]
如图7所示，水平衡状态调控模块500包括情景模拟模块510、方案产出模块520、效果评价模块530及应急处理模块540，情景模拟模块510用于根据预设算法并结合水平衡诊断模块400辨识得到的区域水平衡状态的关键因素，模拟不同情景下区域水平衡状态的演变特征，从而为后续制定满足健康水平衡状态需求的优选调控方案提供支撑。该模拟操作主要包括确定系统边界、分析因果关系、模型建立、参数估计、模型检验、情景模拟等步骤。
[0112]
如图8所示，情景模拟模块510包括气候变化单元511、人类活动单元 512和下垫面变化单元513，其中，气候变化单元511模拟的特征包括降水、气温变化、蒸散发和大气环流等；人类活动单元512模拟的特征包括引调水工程建设、水资源开发利用和地下空间利用等；下垫面变化单元513模拟的特征包括城镇化、植树造林和退耕还草等。上述各个单元的模拟分析以人水关系数据模块100收集处理后的数据为基础，通过内嵌的预设算法进行模拟分析。
[0113]
方案产出模块520用于根据预设算法并结合情景模拟模块510输出的模拟结果，制定满足健康水平衡状态需求的优选调控方案，具体地，方案产出模块520在制定优选调控方
案时会综合考虑多要素、多维度、多层次、多目标的水资源行为，在情景模拟模块510输出的模拟结果的基础上从可能的各个调控方案集中进行优选，同时兼顾研究区域的实际情况，具体包括节约用水、域外调水、水土保持措施建设等，从而制定得出满足健康水平衡状态需求的优选调控方案。
[0114]
如图9所示，方案产出模块520包括水资源短缺应对单元521、水生态损害应对单元522、水环境污染应对单元523和水灾害应对单元524，借鉴储存在人水关系数据模块100中的先进经验，经过专家评议和部门协商给出调控方案。其中，水资源短缺应对单元521用于制定能够应对水资源短缺的各种措施，包括外调水、水资源重复利用、节约用水等；水生态损害应对单元522 用于制定能够应对水生态损害的各种措施，包括生态水量调配、水土保持设施建设、水生物物种保育等；水环境污染应对单元523用于制定能够应对水环境污染的各种措施，包括污水处理、产业结构调整等；水灾害应对单元524用于制定能够应对水灾害的各种措施，包括滞洪工程调节、湖库设施建设等；最后，将上述信息传送至交互界面进行集合，得到满足健康水平衡状态需求的优选调控方案。
[0115]
如图10所示，效果评价模块530用于评估方案产出模块520制定的优选调控方案的科学性和有效性。效果评价模块530包括水收支平衡评价单元531、经济社会供需水平衡评价单元532、经济与生态用水平衡评价单元533和经济与生态用水和谐发展程度评价单元534，借助水平衡状态评价模块300所采用的程序算法，评估调控方案的作用效果。其中，水收支平衡评价单元531用于评估调控方案对水资源收入项和水资源支出项平衡的作用效果；经济社会供需水平衡评价单元532用于评估调控方案对经济社会供水和需水平衡的作用效果；经济与生态用水平衡评价单元533用于评估调控方案对经济用水和生态用水平衡的作用效果；人水关系和谐平衡评价单元534用于评估调控方案对人文系统和水系统和谐平衡的作用效果；最后，综合上述四个方面的评价结果，确定最优的调控方案。
[0116]
应急处理模块540用于应对研究区域出现的突发情况并制定应急处理方案。该突发情况包括暴雨、洪涝、水污染等。
[0117]
如图11所示，应急处理模块540包括应急联动机制单元541、应急预案库单元542、会商支持单元543和应急处置决策单元544。其中，应急联动机制单元541用于将各行政单位有机结合起来，建立单位联系方式数据库、职能分配数据库等，建成可操作性强的技术网络平台，形成面向区域水平衡的集中、统一、高效的应急联动机制；应急预案库单元542通过网络爬虫技术爬取现有应急预案并整理总结，用于制定、存储和调用应对区域水平衡相关突发事件的应急管理、指挥、救援计划；会商支持单元543用于召集相关水行政部门和水利专家进行会商，搜集民众意愿和意见，建立智库为突发事件处理提供参考；应急处置决策单元544用于给出应急处理方案，通过网络信息技术将指令下发到各参与单位，能够节约成本、提高效率，科学管控突发风险。
[0118]
本发明提供的区域水平衡诊断分析系统，通过设定考虑变化环境的情景模拟模块510、针对性解决问题的方案产出模块520和确保方案科学可行的效果评价模块530，能够提供多角度、可选择的水资源行为调控方案，通过设定应急处理模块540可以及时有效地处理各种突发情况，对保障区域水资源安全和可持续利用具有重要贡献，有助于实现人与自然和谐发展。
[0119]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明
的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。