海棉城市绿灰蓝耦合系统的性能评估外文翻译资料

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海棉城市绿灰蓝耦合系统的性能评估

摘 要

海绵城市作为一种城市水管理方式，近年来引起了人们的广泛关注。海绵城市的核心是开发一个绿灰蓝耦合系统，由源头的绿色基础设施、中途的灰色基础设施(即排水系统)、终端的接收水体作为蓝色部分组成。然而，目前海绵城市建设的评价方法局限于绿灰系统，不能充分反映减流效果和对接收水体的影响。提出了海绵城市建设水量与质量控制目标符合性绿灰蓝耦合系统的综合评价框架。降雨径流和河流系统模型被耦合起来，以提供一些陆地和河流质量指标的定量模拟评估。采用理想相似度排序法(TOPSIS)对海绵城市的设计方案进行排序，确定海绵城市建设的最优方案。以苏州平原河网为例，验证了该模型的有效性。结果表明，在降雨事件较小的情况下，海绵城市策略的部署越大规模，其效果越好。此外，虽然地表径流对河流水质有稀释作用，但控制地表污染物对改善河流水质具有重要作用。该框架可应用于海绵城市项目，实现城市水管理的提升。

关键词：低影响开发；海绵的城市；绿-灰-蓝系统；性能评估；TOPSIS

1.引言

快速城市化导致不透水表面增加，对自然水文和生态过程产生显著影响。我国许多城市在受水水体中发生了频繁的食水事件和水质问题，使受水水体具有较高的经济效益损失。为了缓解这一问题，海绵城市建设作为一项综合的雨水管理措施，近年来越来越受到关注传统的雨水管理依赖于灰色的基础设施，如雨水下水道、管道、蓄水池。

然而，灰色基础设施的局限性使其无法适应不断发展的社会和生态系统。需要广泛采用绿色基础设施来补充传统的排水系统。绿色和灰色系统的结合可以提供双赢的解决方案，特别是从长期角度来看，实现绿色-灰色系统的新方法的例子包括美国的最佳管理实践。澳大利亚的水敏感城市设计，英国的可持续排水系统(SuDS) (Fletcher et al., 2014年)。一种多功能方法——绿色和蓝色基础设施(CBI)出现了，它可以增强城市应对环境风险的弹性(Alves et al., 2019年)。自2014年以来，基于弹性的城市雨水管理策略受到了全球的关注。中国一直在实施海绵城市建设。海绵城市是指以海绵的形式吸收、储存和净化雨水，然后通过土壤自然过滤雨水，使其到达城市含水层，并在需要时释放以供再利用的城市。与传统的城市雨水管理相比，海绵城市依靠的是基于自然的解决方案，它有望提高雨水系统的弹性，通常定义为维持其服务和从极端事件中恢复的能力,与强调复杂城市系统适应变化条件的能力Resilience(Admiraal 和 Cornaro,2019)相比，海绵城市被认为是在水和环境系统管理方面提高城市弹性的具体实践。实际上,海绵的城市是一个通常green-grey-blue系统,包括盖子绿色基础设施)源,排水管道系统(基础设施)中途和接收水体系统(蓝色)终端,首先被盖子实践,lid的出水口被输送到排水系统，然后输送到接收水体,平原河网区是一个地势平坦、河流分支密集的地区，雨水管道系统的出水口众多，降雨径流可通过这些出水口流入河流，对水环境造成很大的影响。河流是城市雨水系统的最终出水口，也是城市水资源管理的重要组成部分。绿色基础设施、管网和河流不是孤立的，而是应该被视为城市水管理的一个综合系统(Depietri和mcpherson,2017)。

近年来，人们对海绵城市应用的效益评估进行了研究。然而，现有的研究大多侧重于利用城市排水系统指标来衡量海绵城市设施的性能，如径流峰值、径流减排量、污染物负荷等。

河水指标没有被考虑在内。对于green-grev-blue系统的综合评价，指标不应局限于降雨径流控制效果。将接收水体纳入海绵城市建设的评价框架，对海绵城市建设决策具有同等重要的意义

长期以来，仿真模型一直被用作量化环境效益的价值工具，因此可以最好地评估各种规划和管理方案的深远影响(Achleitner et al., 2007)，以获得绿灰蓝系统不同部分的指标。要进行综合评估，必须有一个结合的模型。寻找绿色基础设施的最佳配置是实践的一大挑战(Alves等人，2018;她等人，2017)。为了更好地反映海绵城市设施对城市水环境的影响，有必要将降雨径流模型与水系模型相结合

本文以中国苏州平原河网地区为例，提出了海绵城市不同解决方案的综合评价框架。我们采用降雨径流模型与河流系统模型相结合的方法来分析一个绿-灰-蓝系统的水量和水质。选取年降雨量的容积捕获率(VCR、污染物负荷减少、河流蓄积深度和河流污染物浓度)四个指标，采用相似度优选技术(TOPSIS)进行多准则决策(MCDM)。此外，还开发了一种统计方法来帮助评估LID在接收水体方面的有效性，使城市管理者能够在决策过程中充分了解各种干预措施的效果。该评估框架为决策者在不同方案之间进行选择提供了重要的理性信息，对海绵城市建设具有指导意义

2材料和方法

2．1 综合评估框架

为了最大化海绵城市解决方案的效益，一个综合管理系统将帮助规划者评估各种干预措施的效果，以确定开发和实施海绵城市措施的最佳策略。然而，目前评估性能的方法并没有考虑海绵城市在接收水体方面应用的有效性。为了解决这一局限性，本文提出了一个全新的框架来全面分析海绵城市设施的性能，以支持在绿灰蓝系统中可持续的战略规划。

图1 海绵城市建设综合评价程序

总体框架(图1)包括四个主要部分:第一部分:控制目标:第二部分:模型仿真:第三部分:决策。

2.1.1控制目标

海绵城市设施可以在不同的影响类别中提供多种环境效益。这些好处通常通过一系列的性能指标来量化。在我国，海绵城市的建设受海绵城市发展技术规范。

uide:低影响开发(MHURD, 2014)，以满足减少径流量和污染的要求。传统上，大多数研究考虑了几种环境影响，包括水量控制、污染物负荷减轻。某些性能指标用于每个影响类别v。年降雨量的容积捕获比(VCR)和径流量的减少是表征水量控制效果的常用方法。例如，VCR使用径流减少来检查不同的雨水管理策略的水文影响。VCR是指通过渗透、滞留、储存和蒸发等自然和人工措施对年降水总量进行的累计年控制(即不直接排放的量)的关键指标。该指南在全国范围内划分了五个地理区域

由于气候不同，可接受的录像机范围也不同。当H在河流蓄水深度目标值范围内时，可以土壤、地形等环境条件，为径流vol结果表明，满足了水文要求。对河流水为了减少径流，LID设计指南已经规定了径流量质量，评估标准可参考中国表面减少目标或列出估计径流量减少《水环境质量标准》(GB3838-2002)。根据源自LID实践。污染物负荷的减少往往被采用在地方规划中，污染物在河流中的浓度应保持不变评价LID实践的地表径流污染减轻效益在标准规定的范围内抽搐。计算污染物负荷减少，长期连续应该进行水文模拟模拟。

采用高效液相色谱法(HPLC, DGU 20A3R, Shimadzu Corporation, Japan)来定量醋酸盐浓度(Li等人，2019年)。采用配备导热系数探测器(TCD)的气相色谱仪(Agilent 7892, USA（氢气、甲烷、二氧化碳）。如前所述(Yangetal.，2019a)，在无菌条件下重复测定，2019b)。日体积甲烷生产率（ych4)的计算方法是归一化为反应器每天的有效 工作液体体积后，每个循环的甲烷产量除(m³第4章bull;m^minus;3反应器bull;d^minus;1).乙酸盐异化所产生的甲烷的生产速率和电流 磨耗周期（m³第4章bull;m^minus;3反应器bull;d^minus;1): V第4章醋酸盐=虚拟机, V第4章当前的= V_m . 其中醋酸盐是每批饲料中醋酸盐浓度的变化 (mgbull;L^minus;1); V液体是反应堆的有效体积(0。142 plusmn; 0.它是当前(C)产生的库仑；n=8是通过二氧化碳还原产生一摩尔甲烷所需的电子数(m³ 第4章bull;m^minus;3反应器bull;d^minus;1).由悬浮液产生的甲烷的体积相位（m³第4章 bull;m^minus;3反应器bull;d^minus;1): V第4章悬浮= V第4章醋酸盐minus;V第4章当前的.而甲烷还没有在系统中回收(m³第4章bull;m^minus;3反应器bull;d^minus;1)是由乙酸盐产生的甲烷，减去在气囊中检测到的甲烷。

图2 研究地区的位置及相关的土地用途

2.1.2模型仿真

提到的VCR，是计算每个情景下的径流为了更好地促进海绵城市诈骗的有效决策

体积减容计算为simu之间的差构建，建立定量的因果关系后期场景和基准案例。所以，径流减少通过机构的数学建模是必要的,总是在场景优化中使用。由降雨、径流和河流组成的耦合模型但是，其绩效考核也有一定的局限性本研究分别采用模型对水体进行模拟海绵城市建设主要集中在城市排水系统方面污水系统和河流的数量和质量过程。最Tem作为这些目标与降雨的输出数据直接相关广泛使用的降雨径流模型包括雨水管理径流模型。在绿灰蓝系统中，综合评价是模型(SWMM)，城市雨水处理系统和有必要同时考虑陆地指标和河流指标综合分析(SUSTAIN)和长期水文影响基础指标。本文介绍了一种尝试评估-低影响发展模型(Huber)将水体纳入海绵城市评估框架全世界的研究人员都在使用这些方法指出河流水环境应引起重视在风暴中评估LID和bmp实践的有效性的模型LID实践提供的好处。可能有许多不同的指标在这些模型中考虑的水管理过程考虑测量水文和水质状况的视乎表面径流和冲刷。流动和污染物的运输。关于接受水的潜在用途下水道。报告LID实践可以为接受水提供环境效益各种影响类别的物体，包括水文和水质量改进。利用河流蓄水深度来评估水力河流系统模型，如环境流体动力学代码逻辑改进的影响参考海绵城市专项计划(EFDC)模型，水质分析模拟程序(WASP)建筑(上海市政府，2016)。它被定义为可以对河流进行动态模拟雨水出水口(蓄水池)的水量之比低。在这项研究中，我们假定只有在河流的水量到区域河流的面积。例如,包括来自降雨径流的非点源污染物，模型是河流面积为A(m2)，雨水出口出水量为V(mi)。假设耦合利用输出污染物数据的降雨径流模型作为这条河和外面的水体由闸门隔开河流系统模型的输入污染物数据，降雨径流水坝，所有闸门在降雨时关闭。上升的高度模型(如SWMM)提供水流通过排水管进入水位H(m)可以估计:水的身体。河流系统模型(如EFDC)模拟水体中的水流和扩散。

模型选择是由需要解决的问题和备选方案以不同的百分比(程度)来表示海绵城市往往在选择合适的解决方案采用)这些合适的设施。评估环境面对多个标准。两个主要的标准，水质和水量控制效果显著质量(Quality)由四个指标组成进行评价模拟每种LID方案。环境指标值几个备选方案。标准和指标是在利用耦合模型获得了效益根据海绵城市指南中通常使用的数据可用性和控制目标。多个性能

2.4.决策

被考虑到提供的环境效益基于多准则决策方法的技术ID实践。尽管个别指标可以提供意义理想解相似度排序的唯一性(TOPSIS)环境影响的信息。他们的价值观需要是已被用来对备选方案进行排序，并确定最佳的方案综合考虑进行效果评价和方案选择作为海绵城市建设的替代方案，MCDM方法被广泛采用选择。在本研究中，降雨径流模型与部署用来对备选方案进行排序或选择最佳方案为利用系统模型对指标进行量化考虑了几个属性各种替代方案。陆上指标由它可用于生成管理决策中的选项层次结构降雨径流模型。以河流为蓝系，水文记录已广泛应用于环境接收水体的CAL和水质指标为决策。考虑到复杂性采用河流系统模型进行评价。然后，对综合指标打分雨水管理决策问题，MCDM方法是一种为四个指标制定矩阵。基于程序高效、可靠、一致的解决方案。许多研究人员都有发展，则各方案的得分可为基于MCDM程序的雨洪决策工具获得的。管理如前所述，使用了综合评估框架。在现有的多种MCDM方法中对可能的替代方案进行排序并评估其有效性环境决策问题的首选方法海绵城市建设的决策者。寻找最佳解决方案

为TOPSIS。TOPSIS是或城市水管理，海绵城市建设的好处基于基于距离的方法来量化和比较偏好方案可以通过评价结果进行讨论。的性能选项对属性集的影响，并考虑以上所述不仅为独裁者提供了定量的参考既有理想溶液，也有消极理想溶液。战略规划，也衡量海绵城市的有效性与其他方法相比，TOPSIS方法充分利用了属性也就是说，在选择了最优方案之后阵型，提供了一个基本的选择排序，并执行基于MCDM方法，如果指标值的替代鲁棒性好，易于计算，便于决策分析，因此。在满足局部要求的情况下，它可以用于构造新的替代方案。结果允许决策者本研究选择TOPSIS对不同方案进行排序。控制效果有更全面的了解以及提供给出了TOPSIS方法的尾步渐进过程为决策者在选择时提供重要的理性信息不同的解决方案。

2.5案例研究

2.5.1研究流域和控制目标

本文以江苏省苏州市(3118N,120°36)的平江新城为研究对象。该区域为中国平原河网区(图2(a))。图2(b)所示，平江新城高度城市化面积为465公顷，其中70%以上为居住用地。年平均降雨量约1100毫米，大部分是在4月至9月的季风季节

该地区由13条河流组成，建有水闸、泵站等水利工程设施，分别用于控制河流水位和排放地表水。在该地区建立了一个独立的排水系统，这样雨水径流就可以直接排到河流中。2016年监测污染物数据显示，氨氮(nhn)是该地区主要关注的污染物，超标次数最多(图3)。因此，控制nhn是改善河流水质的关键。

平良新城被选为苏州海绵城市试点，提出《海绵城市建设专项规划(政府，2017年)》。

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