多主体模型

模型构成

多主体模型 YRWatQM-CGGM 包括两类关键主体：

• 农业灌溉主体：在具体地块上种植作物，利用自然模块计算其灌溉需水与粮食产量
• 水资源管理者：制定和执行水资源管理、作物补贴政策，分配有限的地表水资源

根据模型的计算单元，可分为两个子系统：

• 自然子系统：在气候数据驱动下用作物模型估算作物需水与粮食产量
• 社会子系统：农业灌溉主体在公共物品博弈框架下进行灌溉用水决策

Note

YRWatQM-CGG 是 Yellow River Water Quota Model: Common Good Game 的简称，即黄河流域水资源分配的公共物品博弈模型。

模拟步骤

模型的模拟按顺序可分为三个步骤：

• 初始化（Initialize）：初始化自然环境、水资源管理主体、以及黄河流域的制度情景设定
• 更新（Update）：更新主体和环境相关的数据：作物类型、灌溉面积、社会连接、水资源配额
• 模拟（step）：模拟作物生长过程、耗水、与产量，主体为满足作物生长需要的灌溉用水决策

结合构成模型的不同主体类型与两个主要子系统进行分类，下面是模型进程的示意图：

Note

模型初始化只在建立模型时触发一次，而更新和模拟两个阶段作为迭代会话（"Iterative session"）反复运行，直到触发模拟结束的条件（当前模拟年份超出设定）。

初始化

1. 初始化模型参数和本次模拟所使用的情景。
2. 读取参与黄河水资源分配的地级市，利用矢量数据创建为地级市级水资源主体，根据该地级市所属省份创建省级水资源管理主体（同一省份不会重复创建，而是将两主体相关联）。
3. 加载土壤类型和灌溉范围数据，前者用于自然子系统中作物模型的输入，后者则决定了农业灌溉主体可能的分布范围。

更新

1. 根据各省的 统计数据 数据，在灌溉范围内创建农业灌溉主体
2. 在农业灌溉主体之间产生联系（associations），评价社会收益存在联系的主体之间
3. 根据 统计数据 中各水资源管理主体的灌溉面积数据，随机分配给所有的农业灌溉主体
4. 在存在农业灌溉主体的栅格更新气象资料，为估算作物需水与粮食产量做数据准备

模拟

1. 利用自然子系统估算作物需水与粮食产量
2. 计算社会子系统与社会子系统
3. 农业灌溉主体：使社会子系统排名最高
4. 农业灌溉主体：向收益更好的、有关联的其他主体学习策略
5. 水资源管理主体聚合所在辖区内农业灌溉主体的收益

互馈过程

• 社会子系统 -> 自然子系统：农业灌溉主体所在栅格的灌溉水量、作物类型、田间管理措施
• 自然子系统 -> 社会子系统：作物净需水量、粮食产量

技术实现

本研究将黄河流域视作社会-生态系统（Social-ecological system, SES），农业灌溉水资源的供需以及分配受到自然子系统和社会子系统的共同制约，因此模型架构在社会-生态系统多主体建模框架 ABSESpy (version 0.6.10) 的基础上实现。