多功能陽離子聚丙烯酰胺CPAM廠家城市水系統(tǒng)理論與智慧管理

　　多功能陽離子聚丙烯酰胺CPAM生產(chǎn)廠家城市水系統(tǒng)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(chǎn)之要 生態(tài)之基

　　近30年來，中國城市化快速發(fā)展，將面臨水安全問題巨大挑戰(zhàn)。城市水安全不僅僅是城市內(nèi)澇，而且涉及到城市供水安全、水質(zhì)安全、水生態(tài)安全以及城市與河流(區(qū)域/流域)跨界水安全問題。

　　1. 水安全：人類生存發(fā)展所需有量與質(zhì)保障的水資源、能夠維系流域可持續(xù)的人與生態(tài)環(huán)境健康、確保人民生命財產(chǎn)免受水災(zāi)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(nèi)澇及洪澇災(zāi)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(nèi)c. 澇伴隨的面源污染及河流溢流問題

　　d. 河湖生態(tài)退化

　　e. 城市人群疾病多發(fā): 生存環(huán)境的水污染、廢氣和霧霾凸顯

　　3. 我國城市群快速發(fā)展面臨多重影響與挑戰(zhàn)

　　a. 氣候變化影響：城市化進程快速發(fā)展，災(zāi)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(huán)與城市化水文效應(yīng)

　　我國城市發(fā)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(huán)發(fā)生了顯著的變化。變化環(huán)境下城市水文效應(yīng)，成為認識和解決城市水安全問題最重要水文科學基礎(chǔ)。

　　1. 水循環(huán)- 地球上的水是在不斷地循環(huán)變化

　　全球水循環(huán)

　　城市水循環(huán)

　　2. 城市化水文效應(yīng)的概念

　　(1)城市化水文徑流量變化的關(guān)系- 水平衡分析

　　a. 自然條件下區(qū)域水文平衡關(guān)系與徑流系數(shù)α;

　　b. 都市化條件下區(qū)域水文平衡關(guān)系及其蒸散發(fā)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(shù)α變化。

　　(2)海綿城市建設(shè)新的需求

　　海綿城市建設(shè)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(diào)蓄水量、濕地蓄水量盡可能等價恢復到低都市化影響狀態(tài) ，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(shè)的挑戰(zhàn)

　　(1)現(xiàn)行LID建設(shè)年徑流總量控制率關(guān)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(shè)帶來的不利的水文效應(yīng)。

　　b. 客觀評估城市LID及基礎(chǔ)設(shè)施能夠抗御洪澇災(zāi)害的能力。

　　c. 需要說明：盡管國家/地方投資“海綿城市”建設(shè)，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(jiān)測與監(jiān)控系統(tǒng)。

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

　　非工程措施-暴雨內(nèi)澇預(yù)警預(yù)報、科學調(diào)度與管理、海綿建設(shè)的后評估與跟蹤系統(tǒng)。

　　e. 綠色城市的發(fā)展體制建設(shè)與制度創(chuàng)新。

　　三、我國海綿城市建設(shè)與思考

　　海綿城市建設(shè)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(fā)影響(LID)狀態(tài) 。海綿容量及其聯(lián)系的水量-水質(zhì)-水生態(tài)綜合承載力是關(guān)鍵，需要有風險管理意識與科學對策。

　　感受1：我國城市建設(shè)與發(fā)展成效突出，但也面臨挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。

　　感受2：我國城市建設(shè)存在一些亟待進一步改進的問題。

　　四、城市綠色發(fā)展與水系統(tǒng)方法

　　1. 何為綠色發(fā)展?

　　建立在生態(tài)環(huán)境容量和資源承載力約束下，將環(huán)境與生態(tài)保護作為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展重要支柱的一種創(chuàng)新模式的發(fā)展簡單說，它是以效率、和諧、持續(xù)為目標的經(jīng)濟增長和社會發(fā)展方式。

　　2. 地球系統(tǒng)科學計劃與水系統(tǒng)方法論

　　強調(diào)了以水循環(huán)為紐帶的地球系統(tǒng)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(tǒng)方法論強調(diào)以水循環(huán)為紐帶的水文物理過程、水質(zhì)與水生態(tài)過程和經(jīng)濟社會發(fā)展的人文過程的相互作用于影響。

　　3. 變化環(huán)境下水安全問題聯(lián)系的水科學體系

　　水系統(tǒng)理論三個關(guān)鍵與難點：

　　a. 強調(diào)水循環(huán)聯(lián)系的三大過程的監(jiān)控與觀測研究，揭示水系統(tǒng)演變規(guī)律;

　　b. 強調(diào)水循環(huán)聯(lián)系的三大過程“作用與反饋”，尤其水系統(tǒng)的“耦合與解耦”模型研究;

　　c. 強調(diào)了水系統(tǒng)關(guān)鍵的調(diào)控與管理，為變化環(huán)境下的流域綜合治理提供科學支持!

　　4. 城市水循環(huán)與水系統(tǒng)問題

　　城市水系統(tǒng)強調(diào)水循環(huán)為紐帶的水量-水質(zhì)-水生態(tài)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(tǒng)模擬與驗證是關(guān)鍵，應(yīng)對環(huán)境風險的系統(tǒng)集成與智慧管理是核心。

　　5. 城市水循環(huán)系統(tǒng)再認識5.0版本系統(tǒng)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(chǎn)流計算、城市雨洪地表匯流計算和城市雨洪管網(wǎng)水流計算等。城市雨洪產(chǎn)匯流計算多采用流域水文學中簡單的經(jīng)驗或半經(jīng)驗產(chǎn)匯流公式進行計算。

　　(2)城市水循環(huán)應(yīng)用基礎(chǔ)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(xiàn)行的城市產(chǎn)流模型SCS模型等，特色與關(guān)鍵在于：根據(jù)下墊類型、土壤類型等特征，來確定參數(shù)CN的值，利用CN曲線來模擬徑流。

　　d. 發(fā)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(tǒng)線性理論中假定產(chǎn)流增益為常數(shù)和僅為平均態(tài)的問題、明顯提高徑流預(yù)測的精度。

　　e. SCS與TVGM比較：TVGM時變增益產(chǎn)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(fā)展了都市時變增益非線性徑流模型(TVGM-Urban V1.0，夏軍)。

　　(3) 構(gòu)建了城市水系統(tǒng)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(tǒng)轉(zhuǎn)輸模塊;

　　c. 末端調(diào)蓄凈化模塊;

　　d. 城市社會經(jīng)濟水循環(huán)模塊;

　　e. 城市生態(tài)修復與綠色發(fā)展評估模塊。

　　五、城市水安全智慧管理： 深圳為例

　　城市水系統(tǒng)5.0版本以大數(shù)據(jù)平臺和人工智能等技術(shù)為基礎(chǔ)，強調(diào)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(fā)與應(yīng)用，將為“城市可持續(xù)發(fā)展先鋒示范，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展”提供科技支撐。

　　1. 深圳是全國城市化建設(shè)綠色發(fā)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(chǎn)-治城的“大統(tǒng)籌、深融合”行動。

　　a. 成效突出：2019年底，深圳水環(huán)境治理實現(xiàn)歷史性轉(zhuǎn)折，在全國率先實現(xiàn)全市域消除黑臭水體。

　　b. 變化環(huán)境下深圳市城市高質(zhì)量發(fā)展，仍然面臨新的風險與挑戰(zhàn)：人均水資源不足仍是關(guān)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(yīng)對環(huán)境變化風險的暴露度與脆弱性。

　　思考1. 加強深圳市應(yīng)對極端水災(zāi)害的預(yù)警與調(diào)控研究。

　　思考2. 加強城市”綠色發(fā)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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