城市水资源代谢网络系统模拟与配置管理研究

In the urbanization process, the inbalance of water resource metabolism has seriously affected the quantity and quality of water enviornment, which in turn becomes the bottleneck of socio-economic development of cities. This program intends to identify the components and structures of natural water cycle and social water cycle,explore their interactions and coupling-response procedure, identify the dynamics and critical factors of water resource metabolism, account the water resource exergy based on unified quantity and quality, simulate the micro and macro metabolism processes of urban water resources, and then, trace the water cycle path and locate the water use intensity, quantify the direct-indirect relationships among metabolism units of the water system, and establish the water resource metabolism evaluation indicators to measure the sustainability level of urban resource utilization by integrating social, economic and ecological factors. Finally, taking Beijing as a case study, we conduct the water resource metabolism modelling and evaluation with multi-scenario analyses.

城市化进程中，水资源代谢失衡严重影响着水环境的量和质，已成为制约城市社会经济发展的关键问题。本研究通过识别城市自然（天然）水循环系统与社会（人工）水循环系统的结构组成，剖析自然-社会水循环子系统的相互作用及耦合响应过程，辨识水资源代谢的动力学关系和关键因子，在统一水质和水量基础上核算水资源可用能，模拟城市水资源宏微观全代谢过程，进行水循环路径的追踪和水利用强度的定位分析，量化水资源系统代谢过程各单元的直接-间接关系，综合考虑社会、经济和生态多要素，构建水资源代谢网络综合评价指数以测度城市水资源利用可持续性。最后以北京市作为案例，通过多情景分析，进行水资源系统代谢网络模拟与评价。

城市化进程中，水资源代谢失衡严重影响着水环境的量和质，已成为制约城市社会经济发展的关键问题。本研究通过识别城市自然（天然）水循环系统与社会（人工）水循环系统的结构组成，剖析自然-社会水循环子系统的相互作用及耦合响应过程，辨识水资源代谢的动力学关系和关键因子，模拟城市水资源宏微观全代谢过程，进行水循环路径的追踪和水利用强度的定位分析，量化水资源系统代谢过程各单元的直接-间接关系，综合考虑社会、经济和生态多要素，构建水资源代谢网络综合评价指数以测度城市水资源利用可持续性。本项目以黑河流域中游典型农业城市为例，对城市农业种植结构变化导致的水足迹演变过程和规律进行了分析，从而识别自然-社会水循环的动力学机制。在城市水足迹分析的基础上，引入生态网络方法对城市水资源系统进行分析，结合自上而下的投入产出分析模型，揭示虚拟水贸易网络中的直接流动与间接流动，进而分析虚拟水网络系统的整体效率；拓展传统生态网络方法，辨识虚拟水在社会经济网络中的循环结构，基于信息生态网络分析方法揭示虚拟水网络内在代谢结构的变化，计算系统鲁棒性，量化系统效率和冗余度的均衡；通过流量分析揭示虚拟水网络内部关键控制节点与路径，为优化城市水资源系统提供基础。