Teorin om urbana vattensystem är tillämpningen och utvidgningen av vattendelare hydrologisk vetenskap till en urban skala. I en artikel publicerad i Science China Earth Sciences , introducerade en forskargrupp ledd av den kinesiska akademikern Xia Jun teorin om urbana vattensystem 5.0 och tillhörande modell. Denna studie syftar till att främja tvärvetenskapliga studier i stadsvattenvetenskap och erbjuda en systematisk lösning på komplexa urbana vattenfrågor.
Tidigare forskning om urbana vattensystem fokuserade främst på individuella processer inom vattenkretsloppet, såsom de som är relaterade till vattenförsörjning och avloppsreningsverk, vilket avsevärt har förbättrat vår förståelse av urban vattensystemteori.
Med tillkomsten av svampstadsbyggande i Kina har emellertid fokus för studierna av stadsvattensystem flyttats från traditionella överväganden om nederbördsavrinning, vattenförsörjning och dräneringsprocesser till en mer omfattande undersökning av flera vattensystemprocesser. Ändå behövs ytterligare utforskning för att förstå samspelet mellan vattnets kretslopp, materialtransport, vattenekologi och mänskliga aktiviteter.
Professor Xia utökade konceptet med urbana vattensystem genom att övergå från det naturliga vattnets kretslopp till en urban skala, och etablerade därmed teorin om urbana vattensystem 5.0. Denna teori betonar mekanismer, systemteorier och tekniska integrationer av stadsvattenkretslopp anpassade till olika klimatzoner och geografiska underavdelningar i Kina.
Forskningens primära fokus är att använda det hydrologiska kretsloppet som en länk för att heltäckande utforska de bebyggda områdena och dess associerade floder och sjöar med flera processer. Dessa processer omfattar det naturliga vattnets kretslopp av nederbörd, evapotranspiration, lagring och avrinning, det konstgjorda vattnets kretslopp för tillförsel, användning, konsumtion och utsläpp, samspelet mellan floder och städer, det biogeokemiska kretsloppet, migration och omvandling av föroreningar samt socioekonomiska utveckling.
Stadsvattensystem 5.0-modellen integrerar en Time-Variant Gain Rainfall-Runoff Model med urbana vattensystem skräddarsydda för olika underliggande ytförhållanden. Time-Variant Gain Rainfall-Runoff-modellen fungerar som kärnan och utökar dess simuleringsmöjligheter till icke-punktföroreningar, vatten- och föroreningstransporter inom dräneringsnätverk, vattenloggning, socioekonomiska vattenkretslopp, avloppsvattenrening och vattenreglering och rening.
Denna integrering underlättar den sömlösa interaktionen mellan naturliga och sociala vattenkretslopp, inbegriper flerskaliga svampåtgärder och tar upp vattenkvantitet, kvalitet och ekologiska processer. Modellen omfattar fem primära simuleringsfunktioner:nederbördsavrinning och föroreningsbelastning utan punktkällor, vatten- och föroreningstransporter av dräneringsnäten, terminalreglering och rening, socioekonomiska vattenkretslopp och bedömning och reglering av vattensystem.
Den framgångsrika tillämpningen av stadsvattensystem 5.0-modellen i Wuhan, en kärnstad i tätorten i Yangtzeflodens mellersta delar, visar modellens genomförbarhet för att simulera nyckelprocesser i det urbana vattnets kretslopp. Modellen fungerade bra för simulering av processer för avrinning av nederbörd i städer, totala kväve (TN) och totala fosfor (TP) koncentrationer i vattendrag, och de kritiska socioekonomiska utvecklingsindikatorerna.
Vissa kontrollåtgärder föreslogs för vattenförsämringspunkter, den svarta och luktande nivån i vattenförekomster, sjöövergödningsnivåer respektive grön utveckling. Dessa åtgärder minskade det maximala översvämmade området i en nederbörd en gång på ett årtionde med 32,6 %, svarta och luktande vattendrag med 65 %, ett omfattande trofiskt tillståndsindex för vattendragen med 37 %. De bidrog också till en ökning med 21 % i den gröna utvecklingen.
Teorin om urbana vattensystem 5.0 och dess tillhörande modell representerar ett betydande framsteg när det gäller modellering av vattensystemen i samtida städer. Detta tillvägagångssätt underlättar integrationen av olika discipliner som hänför sig till stadsmiljöer och vattenförvaltning.
Framåt är det absolut nödvändigt att förbättra det konceptuella och teoretiskt-tekniska systemet för urbana vattensystem. Detta innebär att förfina modellstrukturen, utöka dess funktionalitet och stärka observation och datainsamling relaterade till vattensystemprocesser. Dessa ansträngningar är viktiga för att validera prestandan av modellsimuleringar och säkerställa deras noggrannhet.
Mer information: Jun Xia et al, Urban vattensystemteori och dess modellutveckling och tillämpning, Science China Earth Sciences (2024). DOI:10.1007/s11430-023-1226-9
Journalinformation: Science China Earth Sciences
Tillhandahålls av Science China Press
