基于物质流分析的城市水系统规划评价
发布时间：2021-08-12 00:23
基于物质流分析方法,构建了"系统通量/有效通量"指标,在城市规划确定的人口规模和用地布局前提下,通过构建不同的水系统规划方案进行城市水系统运行效率的评价,一是以水量为研究对象,按照"水体—供水—用水—排水—回用—水体"城市水循环过程,分析不同水系统规划方案的用水效率;二是从水质角度出发,通过有机物（C）和营养物质（N、P）的传递和代谢视角,评价水系统对污染物的控制效率以及对资源的循环利用效率。
【文章来源】：中国给水排水. 2020,36(13)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
城市水系统静态物质流分析模型示意
如前所述，物质流分析方法通过研究系统通量进行系统运行效率的分析评价，图2为评价方法的概念模型。其中，矩形框代表元素，箭头直线代表物质流。对于每一个元素，物质流的总体通量(TSTF)代表流入或流出元素的代谢总量(根据物质守恒原理，流入=流出)，整个系统中，所有元素的TSTF之和表征着整个系统的规模，即体现了城市水系统服务人口、用地等。正向的直线箭头(从左向右)代表“代谢/消耗”，视为“正向通量”;反向的直线箭头(从右向左)代表“回用/再生”，视为“负向通量”;所有的正向通量代表了系统的“有效通量”(ESTF)。从图2可以看出，与水系统1相比，水系统2有“2个通量”的回用，除此之外全部相同。通过计算，系统1和系统2的TSTF均为TSTF=4+4+4=12，但是系统1和2的ESTF分别为20和16。可以看出，对应一个确定的城市规划方案，不同水系统规划方案的总体通量固定不变，但是有效通量却可以不同，数值越小系统效率越高;反之亦然。因此，可以通过“ESTF/TSTF”指标体现不同规划方案的运行效率，例如上例中的数值分别为5/3和4/3，代表系统2优于系统1。
图4为4种规划方案的ESTF/TSTF值。可以看出，随着污水再生回用量的不断增加，“有效通量”不断减少。以方案1和方案4为例，二者的水量ESTF/TSTF值分别为1.36和1.23，效率提高了10%左右，由此带来的C、N和P的ESTF/TSTF值的效率分别提高了1.3%、2.6%和4.7%。图5为4种规划方案的水量利用效率。可以看出，在原方案基础上增加的市政杂用水及锅炉用水仅仅带来了污水处理厂尾水排放量的变化，这并不会对其他通量过程带来影响(见方案2、方案3)，而冲厕使用的再生水会改变取水以及用水过程(见方案4)，并且具有“叠加”效果，即0.5×104m3/d的再生水利用量(“负向通量”)带来了2.0×104m3/d“正向通量”的减少。正因为如此，规划方案4的ESTF值大幅度降低，在支撑相同社会水循环的前提下体现出了更高的效率。从支撑系统代谢效率的角度出发，方案4的评价结果最优，可以作为推荐规划方案。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于物质流分析的钾素流动与循环研究[J]. 白桦,曾思育,董欣,陈吉宁. 环境科学. 2013(06)
[2]贵阳市物质流分析[J]. 徐一剑,张天柱,石磊,陈吉宁. 清华大学学报(自然科学版). 2004(12)
硕士论文
[1]基于水资源社会循环的上海市水资源实物量核算研究[D]. 王东宇.华东师范大学 2009
本文编号：3337193
【文章来源】：中国给水排水. 2020,36(13)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
城市水系统静态物质流分析模型示意
如前所述，物质流分析方法通过研究系统通量进行系统运行效率的分析评价，图2为评价方法的概念模型。其中，矩形框代表元素，箭头直线代表物质流。对于每一个元素，物质流的总体通量(TSTF)代表流入或流出元素的代谢总量(根据物质守恒原理，流入=流出)，整个系统中，所有元素的TSTF之和表征着整个系统的规模，即体现了城市水系统服务人口、用地等。正向的直线箭头(从左向右)代表“代谢/消耗”，视为“正向通量”;反向的直线箭头(从右向左)代表“回用/再生”，视为“负向通量”;所有的正向通量代表了系统的“有效通量”(ESTF)。从图2可以看出，与水系统1相比，水系统2有“2个通量”的回用，除此之外全部相同。通过计算，系统1和系统2的TSTF均为TSTF=4+4+4=12，但是系统1和2的ESTF分别为20和16。可以看出，对应一个确定的城市规划方案，不同水系统规划方案的总体通量固定不变，但是有效通量却可以不同，数值越小系统效率越高;反之亦然。因此，可以通过“ESTF/TSTF”指标体现不同规划方案的运行效率，例如上例中的数值分别为5/3和4/3，代表系统2优于系统1。
图4为4种规划方案的ESTF/TSTF值。可以看出，随着污水再生回用量的不断增加，“有效通量”不断减少。以方案1和方案4为例，二者的水量ESTF/TSTF值分别为1.36和1.23，效率提高了10%左右，由此带来的C、N和P的ESTF/TSTF值的效率分别提高了1.3%、2.6%和4.7%。图5为4种规划方案的水量利用效率。可以看出，在原方案基础上增加的市政杂用水及锅炉用水仅仅带来了污水处理厂尾水排放量的变化，这并不会对其他通量过程带来影响(见方案2、方案3)，而冲厕使用的再生水会改变取水以及用水过程(见方案4)，并且具有“叠加”效果，即0.5×104m3/d的再生水利用量(“负向通量”)带来了2.0×104m3/d“正向通量”的减少。正因为如此，规划方案4的ESTF值大幅度降低，在支撑相同社会水循环的前提下体现出了更高的效率。从支撑系统代谢效率的角度出发，方案4的评价结果最优，可以作为推荐规划方案。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于物质流分析的钾素流动与循环研究[J]. 白桦,曾思育,董欣,陈吉宁. 环境科学. 2013(06)
[2]贵阳市物质流分析[J]. 徐一剑,张天柱,石磊,陈吉宁. 清华大学学报(自然科学版). 2004(12)
硕士论文
[1]基于水资源社会循环的上海市水资源实物量核算研究[D]. 王东宇.华东师范大学 2009
本文编号：3337193
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/3337193.html
