多功能陽離子聚丙烯酰胺CPAM廠家城市水系統理論與智慧管理

　　多功能陽離子聚丙烯酰胺CPAM生產廠家城市水系統理論與智慧管理。

　　一、城市化與水安全問題

　　水是生命之源 生產之要 生態之基

　　近30年來，中國城市化快速發展，將面臨水安全問題巨大挑戰。城市水安全不僅僅是城市內澇，而且涉及到城市供水安全、水質安全、水生態安全以及城市與河流(區域/流域)跨界水安全問題。

　　1. 水安全：人類生存發展所需有量與質保障的水資源、能夠維系流域可持續的人與生態環境健康、確保人民生命財產免受水災害(洪水、 滑坡、干旱)損失的能力(UN - Water, 2015)

　　全球水安全壓力：總的來看，當前受到最高量級水資源壓力(大于40%)的陸域面積已占到全球陸地總面積的30%，到2050年將攀升到50%。

　　2. 城市水安全問題：

　　a. 城市看海城市內澇及洪澇災害損失愈來愈嚴重

　　b. 黑臭水體、城市垃圾、生活污水排放，河道水流堵塞，城市內c. 澇伴隨的面源污染及河流溢流問題

　　d. 河湖生態退化

　　e. 城市人群疾病多發: 生存環境的水污染、廢氣和霧霾凸顯

　　3. 我國城市群快速發展面臨多重影響與挑戰

　　a. 氣候變化影響：城市化進程快速發展，災害風險日益增加!(翟盤茂，2019 )

　　b. 顯著土地利用/覆蓋變化(LUCC)影響

　　二、水循環與城市化水文效應

　　我國城市發展，面臨來自氣候變化影響以及城市下墊面急劇變化的多重影響，導致了水循環發生了顯著的變化。變化環境下城市水文效應，成為認識和解決城市水安全問題最重要水文科學基礎。

　　1. 水循環- 地球上的水是在不斷地循環變化

　　全球水循環

　　城市水循環

　　2. 城市化水文效應的概念

　　(1)城市化水文徑流量變化的關系- 水平衡分析

　　a. 自然條件下區域水文平衡關系與徑流系數α;

　　b. 都市化條件下區域水文平衡關系及其蒸散發和蓄水量的變化;

　　c. 都市化條件下蓄水量的變化;

　　d. 都市化條件下徑流量與徑流系數α變化。

　　(2)海綿城市建設新的需求

　　海綿城市建設的工作目標：通過工程/非工程措施將由于都市化減少的年雨水土壤入滲量、塘堰雨水滯蓄量、河湖調蓄水量、濕地蓄水量盡可能等價恢復到低都市化影響狀態 ，即由于城市化這四個部分下滲和蓄水減少的量趨于0。

　　3. 城市化的水文風險與海綿城市建設的挑戰

　　(1)現行LID建設年徑流總量控制率關系和可改進的風險部分。

　　(2)如何減少城市“看海”?

　　a. 盡可能消除城市化建設帶來的不利的水文效應。

　　b. 客觀評估城市LID及基礎設施能夠抗御洪澇災害的能力。

　　c. 需要說明：盡管國家/地方投資“海綿城市”建設，但是由于氣候變化和人類活動影響，當暴雨總量和強度超出城市海綿體的承載能力，將面臨城市水安全風險。

　　d. 全方位監測與監控系統。

　　工程措施-雨污分流、河湖聯通、修復濕地，恢復洼地、源頭LID，建設分散性大型蓄水深邃，多用洼地…;

　　非工程措施-暴雨內澇預警預報、科學調度與管理、海綿建設的后評估與跟蹤系統。

　　e. 綠色城市的發展體制建設與制度創新。

　　三、我國海綿城市建設與思考

　　海綿城市建設為改進和解決城市水問題，提供了科學理念與途徑，其核心：通過工程/非工程措施，盡可能等價恢復到低都市化開發影響(LID)狀態 。海綿容量及其聯系的水量-水質-水生態綜合承載力是關鍵，需要有風險管理意識與科學對策。

　　感受1：我國城市建設與發展成效突出，但也面臨挑戰和發展機遇。

　　感受2：我國城市建設存在一些亟待進一步改進的問題。

　　四、城市綠色發展與水系統方法

　　1. 何為綠色發展?

　　建立在生態環境容量和資源承載力約束下，將環境與生態保護作為實現可持續發展重要支柱的一種創新模式的發展簡單說，它是以效率、和諧、持續為目標的經濟增長和社會發展方式。

　　2. 地球系統科學計劃與水系統方法論

　　強調了以水循環為紐帶的地球系統多圈層(地圈、生物圈、土壤圈、大氣圈、巖石圈以及人類圈等)的相互作用。

　　水系統方法論強調以水循環為紐帶的水文物理過程、水質與水生態過程和經濟社會發展的人文過程的相互作用于影響。

　　3. 變化環境下水安全問題聯系的水科學體系

　　水系統理論三個關鍵與難點：

　　a. 強調水循環聯系的三大過程的監控與觀測研究，揭示水系統演變規律;

　　b. 強調水循環聯系的三大過程“作用與反饋”，尤其水系統的“耦合與解耦”模型研究;

　　c. 強調了水系統關鍵的調控與管理，為變化環境下的流域綜合治理提供科學支持!

　　4. 城市水循環與水系統問題

　　城市水系統強調水循環為紐帶的水量-水質-水生態過程和城市治理的人文過程、政策-管理的作用與互動，觀測與系統模擬與驗證是關鍵，應對環境風險的系統集成與智慧管理是核心。

　　5. 城市水循環系統再認識5.0版本系統框架

　　(1)城市雨洪模擬問題回顧：

　　城市雨洪模擬主要包括城市下墊面產流計算、城市雨洪地表匯流計算和城市雨洪管網水流計算等。城市雨洪產匯流計算多采用流域水文學中簡單的經驗或半經驗產匯流公式進行計算。

　　(2)城市水循環應用基礎研究 (夏軍,2015- )：

　　a. 城市水文過程是高度非線性。

　　b. 徑流形成非線性機理(夏軍，1989-2017)。

　　c. 現行的城市產流模型SCS模型等，特色與關鍵在于：根據下墊類型、土壤類型等特征，來確定參數CN的值，利用CN曲線來模擬徑流。

　　d. 發展的新的徑流計算方法與時變增益模型(TVGM)：解決了原水文系統線性理論中假定產流增益為常數和僅為平均態的問題、明顯提高徑流預測的精度。

　　e. SCS與TVGM比較：TVGM時變增益產流隨雨強非線性變化SCS模型則為準線性體系，需要改進。

　　f. 發展了都市時變增益非線性徑流模型(TVGM-Urban V1.0，夏軍)。

　　(3) 構建了城市水系統5.0版本體系(夏軍，2017-)

　　a. 源頭降雨-徑流和面源污染模塊;

　　b. 排水系統轉輸模塊;

　　c. 末端調蓄凈化模塊;

　　d. 城市社會經濟水循環模塊;

　　e. 城市生態修復與綠色發展評估模塊。

　　五、城市水安全智慧管理： 深圳為例

　　城市水系統5.0版本以大數據平臺和人工智能等技術為基礎，強調了自然科學與社會科學綜合與交叉。以深圳為例，說明城市智慧管理的價值與意義。城市模擬器研發與應用，將為“城市可持續發展先鋒示范，實現高質量發展”提供科技支撐。

　　1. 深圳是全國城市化建設綠色發展排頭兵。

　　2. 由于城市人口密度高、資源有限、水安全問題與壓力突出。

　　3. 2016年起市政府開展治水-治產-治城的“大統籌、深融合”行動。

　　a. 成效突出：2019年底，深圳水環境治理實現歷史性轉折，在全國率先實現全市域消除黑臭水體。

　　b. 變化環境下深圳市城市高質量發展，仍然面臨新的風險與挑戰：人均水資源不足仍是關鍵的制約與瓶頸之一、高密度人口和有限地域空間，加大了應對環境變化風險的暴露度與脆弱性。

　　思考1. 加強深圳市應對極端水災害的預警與調控研究。

　　思考2. 加強城市”綠色發展”水的綜合承載力研究。

　　思考3. 加強城市水安全智慧管理的綜合模擬與集成研究。

 

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