De stedelijke watersysteemtheorie is de toepassing en uitbreiding van de hydrologische wetenschap van stroomgebieden naar stedelijke schaal. In een artikel gepubliceerd in Science China Earth Sciences introduceerde een onderzoeksgroep onder leiding van de Chinese academicus Xia Jun de theorie van het stedelijk watersysteem 5.0 en het bijbehorende model. Deze studie heeft tot doel het interdisciplinaire onderzoek in de stedelijke waterwetenschappen te bevorderen en een systematische oplossing te bieden voor complexe stedelijke watervraagstukken.

Eerder onderzoek naar stedelijke watersystemen was vooral gericht op individuele processen binnen de watercyclus, zoals die gerelateerd aan watervoorziening en rioolwaterzuiveringsinstallaties, wat ons begrip van de theorie van stedelijke watersystemen aanzienlijk heeft vergroot.

Met de opkomst van de bouw van sponssteden in China is de focus van de onderzoeken naar stedelijke watersystemen echter verschoven van traditionele overwegingen van de opbrengst aan neerslagafvoer, watervoorziening en drainageprocessen naar een uitgebreider onderzoek van processen in meerdere watersystemen. Niettemin is verder onderzoek nodig om de wisselwerking tussen de watercyclus, materiaaltransport, waterecologie en menselijke activiteiten te begrijpen.

Professor Xia breidde het concept van de stedelijke watersystemen uit door de overgang te maken van de natuurlijke watercyclus naar stedelijke schaal, en stelde zo de stedelijke watersysteem 5.0-theorie vast. Deze theorie legt de nadruk op mechanismen, systeemtheorieën en technologische integraties van stedelijke watercycli, afgestemd op verschillende klimaatzones en geografische onderverdelingen in China.

De primaire focus van het onderzoek is het gebruik van de hydrologische cyclus als schakel om de bebouwde gebieden en de bijbehorende rivieren en meren met meerdere processen uitgebreid te verkennen. Deze processen omvatten de natuurlijke watercyclus van regenval, verdamping, opslag en afvoer, de kunstmatige watercyclus van aanbod, gebruik, consumptie en afvoer, de interactie tussen rivieren en steden, de biogeochemische cyclus, de migratie en transformatie van verontreinigende stoffen, en sociaal-economische processen. ontwikkeling.

Het stedelijk watersysteem 5.0-model integreert een Time-Variant Gain Rainfall-Runoff Model met stedelijke watersystemen die zijn afgestemd op verschillende onderliggende oppervlakteomstandigheden. Het Time-Variant Gain Rainfall-Runoff Model fungeert als de kern en breidt zijn simulatiemogelijkheden uit naar niet-puntbronvervuiling, water- en verontreinigende stoffentransport binnen drainagenetwerken, wateroverlast, sociaal-economische watercycli, afvalwaterzuivering en waterregulering en -zuivering.

Deze integratie vergemakkelijkt de naadloze interactie tussen natuurlijke en sociale watercycli, waarbij sponsmaatregelen op meerdere schaalniveaus worden geïntegreerd en waarbij de waterkwantiteit, -kwaliteit en ecologische processen worden aangepakt. Het model omvat vijf primaire simulatiefuncties:neerslagafvoer en niet-puntbronverontreiniging, transport van water en verontreinigende stoffen door de drainagenetwerken, terminalregulering en -zuivering, sociaal-economische watercycli en beoordeling en regulering van watersystemen.

De succesvolle toepassing van het stedelijk watersysteem 5.0-model in Wuhan, een kernstad in de stedelijke agglomeratie van de middelste delen van de Yangtze-rivier, toont de haalbaarheid van het model aan bij het simuleren van sleutelprocessen van de stedelijke watercyclus. Het model presteerde goed voor de simulatie van stedelijke neerslagafvoerprocessen, de concentraties van totaal stikstof (TN) en totaal fosfor (TP) in waterlichamen, en de kritische sociaal-economische ontwikkelingsindicatoren.

Er werden enkele controlemaatregelen voorgesteld voor respectievelijk wateroverlastpunten, het zwarte en geurige niveau van waterlichamen, de eutrofiëring van meren en groene ontwikkeling. Deze maatregelen verminderden het maximale overstroomde gebied bij een regenval die eens in de tien jaar voorkomt met 32,6%, zwarte en geurige waterlichamen met 65%, en de uitgebreide trofische toestandsindex van de waterlichamen met 37%. Ze droegen ook bij aan een toename van 21% in de groene ontwikkeling.

De theorie van stedelijk watersysteem 5.0 en het bijbehorende model vertegenwoordigen een aanzienlijke vooruitgang in het modelleren van de watersystemen van hedendaagse steden. Deze aanpak vergemakkelijkt de integratie van diverse disciplines met betrekking tot stedelijke omgevingen en waterbeheer.

In de toekomst is het absoluut noodzakelijk om het conceptuele en theoretisch-technische systeem van stedelijke watersystemen te verbeteren. Dit omvat het verfijnen van de modelstructuur, het uitbreiden van de functionaliteiten ervan en het versterken van de observatie en gegevensverzameling met betrekking tot watersysteemprocessen. Deze inspanningen zijn essentieel voor het valideren van de prestaties van modellenimulaties en het garanderen van de nauwkeurigheid ervan.

Meer informatie: Jun Xia et al, Stedelijke watersysteemtheorie en de modelontwikkeling en toepassing ervan, Science China Earth Sciences (2024). DOI:10.1007/s11430-023-1226-9

Journaalinformatie: Wetenschap China Aardwetenschappen

Aangeboden door Science China Press