Byvandssystemteori 5.0 tilbyder en systematisk løsning på komplekse byvandsproblemer i Kina

Teorien om byvandssystem er anvendelsen og udvidelsen af ​​vandskelhydrologisk videnskab til en urban skala. I et papir offentliggjort i Science China Earth Sciences , introducerede en forskergruppe ledet af den kinesiske akademiker Xia Jun teorien om urban vandsystem 5.0 og den tilhørende model. Denne undersøgelse sigter mod at fremme tværfaglige studier i byvandsvidenskab og tilbyde en systematisk løsning på komplekse byvandsproblemer.

Tidligere forskning i byvandssystemer fokuserede primært på individuelle processer inden for vandkredsløbet, såsom dem, der er relateret til vandforsyning og spildevandsrensningsanlæg, hvilket markant har fremmet vores forståelse af byvandssystemteori.

Med fremkomsten af ​​svampebybyggeri i Kina er fokus i byernes vandsystemstudier imidlertid flyttet fra traditionelle overvejelser om nedbør-afstrømningsudbytte, vandforsyning og dræningsprocesser til en mere omfattende undersøgelse af flere vandsystemprocesser. Ikke desto mindre er der behov for yderligere udforskning for at forstå samspillet mellem vandets kredsløb, materialetransport, vandøkologi og menneskelige aktiviteter.

Professor Xia udvidede begrebet byvandssystemer ved at gå fra det naturlige vandkredsløb til en bymæssig skala og etablerede dermed byvandssystem 5.0-teorien. Denne teori lægger vægt på mekanismer, systemteorier og teknologiske integrationer af byvandskredsløb, der er skræddersyet til forskellige klimatiske zoner og geografiske underafdelinger i Kina.

Forskningens primære fokus er at bruge det hydrologiske kredsløb som et bindeled til omfattende udforskning af de bebyggede områder og de tilhørende floder og søer med flere processer. Disse processer omfatter det naturlige vandkredsløb med nedbør, evapotranspiration, lagring og afstrømning, det kunstige vandkredsløb for forsyning, brug, forbrug og udledning, samspillet mellem floder og byer, det biogeokemiske kredsløb, migration og transformation af forurenende stoffer og socioøkonomisk udvikling.

Byvandssystem 5.0-modellen integrerer en Time-Variant Gain Rainfall-Runoff Model med byvandssystemer, der er skræddersyet til forskellige underliggende overfladeforhold. Time-Variant Gain Rainfall-Runoff-modellen tjener som kernen og udvider dens simuleringsevner til ikke-punktkildeforurening, vand- og forureningstransport inden for drænnetværk, vandlogging, socioøkonomiske vandkredsløb, spildevandsbehandling og vandregulering og -rensning.

Denne integration letter den sømløse interaktion mellem naturlige og sociale vandkredsløb, inkorporerer svampeforanstaltninger i flere skalaer og adresserer vandmængde, -kvalitet og økologiske processer. Modellen omfatter fem primære simuleringsfunktioner:regn-afstrømning og ikke-punktkilde forurenende belastning, vand og forurenende stoffers transport af drænnetværk, terminalregulering og rensning, socioøkonomiske vandkredsløb og vandsystemvurdering og regulering.

Den vellykkede anvendelse af byvandssystemet 5.0-modellen i Wuhan, en kerneby i det urbane agglomeration af Yangtze-floden, demonstrerer gennemførligheden af ​​modellen til at simulere nøgleprocesser i byernes vandkredsløb. Modellen klarede sig godt til simulering af bynedbrydningsprocesser, total nitrogen (TN) og total fosfor (TP) koncentrationer i vandområder og de kritiske socioøkonomiske udviklingsindikatorer.

Nogle kontrolforanstaltninger blev foreslået for henholdsvis vandfyldte punkter, det sorte og lugtende niveau i vandområder, søeutrofieringsniveauer og grøn udvikling. Disse foranstaltninger reducerede det maksimale oversvømmede område i en nedbør én gang i et årti med 32,6 %, sorte og lugtende vandområder med 65 %, et omfattende trofisk tilstandsindeks for vandområderne med 37 %. De bidrog også til en stigning på 21 % i den grønne udvikling.

Teorien om urban vandsystem 5.0 og dens tilhørende model repræsenterer et betydeligt fremskridt i modellering af vandsystemerne i moderne byer. Denne tilgang letter integrationen af ​​forskellige discipliner, der vedrører bymiljøer og vandforvaltning.

Fremadrettet er det bydende nødvendigt at forbedre det konceptuelle og teoretisk-tekniske system af byvandssystemer. Dette involverer raffinering af modelstrukturen, udvidelse af dens funktionaliteter og styrkelse af observation og dataindsamling i forbindelse med vandsystemprocesser. Disse bestræbelser er afgørende for at validere ydeevnen af ​​modelsimuleringer og sikre deres nøjagtighed.

Flere oplysninger: Jun Xia et al., teori om byvandssystem og dens modeludvikling og anvendelse, Science China Earth Sciences (2024). DOI:10.1007/s11430-023-1226-9

Journaloplysninger: Science China Earth Sciences

Leveret af Science China Press