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城市水循環既包括降雨、徑流等自然循環過程，也包括供水、排水等社會循環過程，具有明顯的“自然—社會”二元特性。城市水系統是自然水循環和社會水循環的重要載體和耦合界面，也是人類實現水資源安全、高效和可持續利用的重要調控手段。《城市二元水循環系統演化與安全高效用水機制》基于城市水循環系統的二元特征，提出了可持續城市水系統理論框架、調控原則和決策支持工具，構建了城市二元水循環系統數值模擬體系，定量研究了城市二元水循環關鍵過程的演化機制和規律，并提出了海河流域城市安全高效用水的調控機制。
名人/編輯推薦
可供水文水資源、環境科學與工程、給排水工程、城市規劃等領域的科技工作者、管理工作者和相關專業院校師生參考。
目次
總序
序
前言
第1章 引言 1
1.1 我國城市水問題的現狀 1
1.2 我國城市水問題的未來挑戰 3
1.3 傳統城市水系統的局限 4
1.4 研究目的?技術路線和內容 5
第2章 基于二元循環的可持續城市水系統理論
2.1 基于二元循環的可持續城市水系統理論框架
2.2 基于水質的可持續城市水資源評價新模式 9
2.2.1 基于水質的城市水資源量化概念 9
2.2.2 基于水質的城市可用水資源量評價框架 10
2.3 多尺度城市水資源利用效率評價理論與方法 11
2.3.1 不同尺度水資源利用效率評價指標體系構建 13 總序
序
前言
第1章 引言 1
1.1 我國城市水問題的現狀 1
1.2 我國城市水問題的未來挑戰 3
1.3 傳統城市水系統的局限 4
1.4 研究目的?技術路線和內容 5
第2章 基于二元循環的可持續城市水系統理論
2.1 基于二元循環的可持續城市水系統理論框架
2.2 基于水質的可持續城市水資源評價新模式 9
2.2.1 基于水質的城市水資源量化概念 9
2.2.2 基于水質的城市可用水資源量評價框架 10
2.3 多尺度城市水資源利用效率評價理論與方法 11
2.3.1 不同尺度水資源利用效率評價指標體系構建 13
2.3.2 不同尺度水資源利用效率的轉化 16
2.4 可持續城市水系統規劃設計運行理論與支撐工具 16
2.4.1 可持續城市水系統的內涵 16
2.4.2 可持續城市水系統的主要特征 17
2.4.3 可持續城市水系統的規劃?設計及運行原則 20
2.4.4 基于二元循環的城市水系統數值模擬體系 21
第3章 多尺度城市二元水循環系統數值模擬體系的構建 24
3.1 基于水質的城市可用水資源量核算模型 24
3.1.1 建模方法 24
3.1.2 模型概化 24
3.2 基于ABSS的城市生活用水需求預測與管理模型 28
3.2.1 ABSS建模方法 28
3.2.2 模型結構與功能 29
3.2.3 模型核心機理與子模塊 31
3.3 城市工業用水需求預測與管理模型 36
3.3.1 I-WaDEM模型結構 36
3.3.2 模型核心計算模塊 37
3.4 城市給水系統水質模擬與風險評估模型 43
3.4.1 建模方法與框架 43
3.4.2 模型結構與功能 44
3.5 基于GIS的城市排水系統和非點源污染模擬模型 45
3.5.1 建模方法與框架 45
3.5.2 模型結構與功能 46
3.5.3 排水系統模擬的核心機理 47
3.6 基于支付意愿的城市居民再生水需求模型 50
3.6.1 研究的理論基礎 50
3.6.2 支付意愿函數的構造與分析 51
3.6.3 居民對再生水的總和需求函數 52
3.7 基于真實期權的再生水工程項目投資策略優化模型 53
3.7.1 基本模型 53
3.7.2 再生水項目的價值 55
3.7.3 最優投資規模的確定 57
3.7.4 投資期權的價值及最佳投資時機 58
3.8 城市污水系統可持續性估算模型 59
3.8.1 基于成本效益分析的建模方法 59
3.8.2 模型結構與功能 60
3.9 城市污水系統布局規劃決策支持模型 61
3.9.1 多目標空間優化的建模方法 61
3.9.2 模型結構與功能 61
3.9.3 模型求解算法 63
3.10 基于事件驅動的流域分布式非點源模型 65
3.10 .1 模型結構與功能 65
3.10 .2 模型應用框架 66
3.11 模型不確定性分析方法 66
3.11 .1 不確定性分析的基本方法 66
3.11 .2 基于Sobol序列的GLUE算法 68
3.11 .3 基于空間信息統計學的參數空間相關性分析方法 69
3.11 .4 基于圖論的空間采樣方法 71
第4章 城市二元水循環系統演化機制與規律研究 73
4.1 基于水質再生的城市水資源量 73
4.1.1 單個城市最大可用水資源量理論極限值 73
4.1.2 多個城市全流域最大可用水資源量理論極限值 73
4.1.3 考慮經濟可行性的單個城市可用水資源量 74
4.2 城市生活節水技術的擴散特征 77
4.2.1 節水器具擴散規律 77
4.2.2 居民用水結構變化和節水器具未來發展趨勢 78
4.3 工業節水技術的發展規律 79
4.3.1 工業技術發展水平判斷 79
4.3.2 技術進步對節水潛力的影響識別 81
4.4 常規處理工藝下城市飲用水水質風險特征 82
4.4.1 城市飲用水水質風險評價標準 82
4.4.2 飲用水源水質參數 83
4.4.3 給水處理工藝參數 84
4.4.4 不同水源水質條件下的飲用水安全風險 84
4.4.5 海河流域的飲用水安全風險 84
4.5 城市飲用水水質安全的社會和技術影響因素 87
4.5.1 案例研究區域 87
4.5.2 模擬情景設計 88
4.5.3 模擬結果分析 90
4.6 典型下墊面污染物初期沖刷效應 91
4.6.1 顆粒物初期沖刷效應 92
4.6.2 有機物和營養物質初期沖刷效應 92
4.6.3 其他物質初期沖刷效應 92
4.7 BMP在城市徑流污染控制中的去除規律 94
4.7.1 控制措施的選擇 94
4.7.2 控制措施方案制訂與模擬分析 94
4.8 居民支付意愿對再生水需求的影響 98
4.8.1 居民支付意愿的影響因素 98
4.8.2 北京市再生水需求曲線 99
4.9 投資再生水項目的最優規模和最佳時機 101
4.9.1 污水再生利用工程的經濟可行性 101
4.9.2 再生利用工程經濟可行性的敏感影響因素分析 102
4.9.3 投資再生水項目最優規模和最佳時機的影響因素 103
4.10 城市污水系統結構與布局對城市可持續性的影響 105
4.10 .1 城市污水系統結構對城市可持續性的影響 105
4.10 .2 城市污水系統布局對城市可持續性的影響 112
4.11 污水再生利用條件下污水系統的理想服務規模 114
4.11 .1 污水系統單位成本曲線規律識別 115
4.11 .2 傳統模式與污水回用模式污水系統理想規模的差異 116
第5章 城市二元水循環系統調控機制研究 118
5.1 城市節水潛力預測與實現途徑 118
5.1.1 海河流域城市生活用水節水潛力分析與管理對策 118
5.1.2 海河流域工業用水節水潛力分析與管理對策 123
5.2 海河流域城市給水系統水質風險控制 126
5.2.1 海河流域未來飲用水水質風險 126
5.2.2 影響飲用水水質風險的關鍵因素識別 128
5.2.3 飲用水水質風險控制策略的效果 129
5.3 海河流域城市水資源利用效率評價 130
5.3.1 各項評價指標和權重確定 130
5.3.2 城市綜合用水效率評價 136
5.4 海河流域城市污染負荷總量控制對策 137
5.4.1 城市污染負荷排放的估算方法 138
5.4.2 海河流域城市污染負荷排放量的計算及調控路徑識別 140
5.4.3 城市區域污染負荷排放調控路徑的選擇 153
5.5 海河流域城市排水體制的選擇策略 157
5.5.1 不同排水體制性能差異的識別 157
5.5.2 海河流域城市排水體制分區 160
5.5.3 城市特征與排水體制選擇的關系 162
第6章 成果總結與展望 164
6.1 基于二元循環的可持續城市水系統理論 164
6.2 多尺度城市二元水循環系統數值模擬體系 165
6.3 城市二元水循環系統演化機制與規律 165
6.4 城市二元水循環系統調控機制 167
6.5 對未來研究工作的建議 167
參考文獻 169
索引 172
序
前言
第1章 引言 1
1.1 我國城市水問題的現狀 1
1.2 我國城市水問題的未來挑戰 3
1.3 傳統城市水系統的局限 4
1.4 研究目的?技術路線和內容 5
第2章 基于二元循環的可持續城市水系統理論
2.1 基于二元循環的可持續城市水系統理論框架
2.2 基于水質的可持續城市水資源評價新模式 9
2.2.1 基于水質的城市水資源量化概念 9
2.2.2 基于水質的城市可用水資源量評價框架 10
2.3 多尺度城市水資源利用效率評價理論與方法 11
2.3.1 不同尺度水資源利用效率評價指標體系構建 13 總序
序
前言
第1章 引言 1
1.1 我國城市水問題的現狀 1
1.2 我國城市水問題的未來挑戰 3
1.3 傳統城市水系統的局限 4
1.4 研究目的?技術路線和內容 5
第2章 基于二元循環的可持續城市水系統理論
2.1 基于二元循環的可持續城市水系統理論框架
2.2 基于水質的可持續城市水資源評價新模式 9
2.2.1 基于水質的城市水資源量化概念 9
2.2.2 基于水質的城市可用水資源量評價框架 10
2.3 多尺度城市水資源利用效率評價理論與方法 11
2.3.1 不同尺度水資源利用效率評價指標體系構建 13
2.3.2 不同尺度水資源利用效率的轉化 16
2.4 可持續城市水系統規劃設計運行理論與支撐工具 16
2.4.1 可持續城市水系統的內涵 16
2.4.2 可持續城市水系統的主要特征 17
2.4.3 可持續城市水系統的規劃?設計及運行原則 20
2.4.4 基于二元循環的城市水系統數值模擬體系 21
第3章 多尺度城市二元水循環系統數值模擬體系的構建 24
3.1 基于水質的城市可用水資源量核算模型 24
3.1.1 建模方法 24
3.1.2 模型概化 24
3.2 基于ABSS的城市生活用水需求預測與管理模型 28
3.2.1 ABSS建模方法 28
3.2.2 模型結構與功能 29
3.2.3 模型核心機理與子模塊 31
3.3 城市工業用水需求預測與管理模型 36
3.3.1 I-WaDEM模型結構 36
3.3.2 模型核心計算模塊 37
3.4 城市給水系統水質模擬與風險評估模型 43
3.4.1 建模方法與框架 43
3.4.2 模型結構與功能 44
3.5 基于GIS的城市排水系統和非點源污染模擬模型 45
3.5.1 建模方法與框架 45
3.5.2 模型結構與功能 46
3.5.3 排水系統模擬的核心機理 47
3.6 基于支付意愿的城市居民再生水需求模型 50
3.6.1 研究的理論基礎 50
3.6.2 支付意愿函數的構造與分析 51
3.6.3 居民對再生水的總和需求函數 52
3.7 基于真實期權的再生水工程項目投資策略優化模型 53
3.7.1 基本模型 53
3.7.2 再生水項目的價值 55
3.7.3 最優投資規模的確定 57
3.7.4 投資期權的價值及最佳投資時機 58
3.8 城市污水系統可持續性估算模型 59
3.8.1 基于成本效益分析的建模方法 59
3.8.2 模型結構與功能 60
3.9 城市污水系統布局規劃決策支持模型 61
3.9.1 多目標空間優化的建模方法 61
3.9.2 模型結構與功能 61
3.9.3 模型求解算法 63
3.10 基于事件驅動的流域分布式非點源模型 65
3.10 .1 模型結構與功能 65
3.10 .2 模型應用框架 66
3.11 模型不確定性分析方法 66
3.11 .1 不確定性分析的基本方法 66
3.11 .2 基于Sobol序列的GLUE算法 68
3.11 .3 基于空間信息統計學的參數空間相關性分析方法 69
3.11 .4 基于圖論的空間采樣方法 71
第4章 城市二元水循環系統演化機制與規律研究 73
4.1 基于水質再生的城市水資源量 73
4.1.1 單個城市最大可用水資源量理論極限值 73
4.1.2 多個城市全流域最大可用水資源量理論極限值 73
4.1.3 考慮經濟可行性的單個城市可用水資源量 74
4.2 城市生活節水技術的擴散特征 77
4.2.1 節水器具擴散規律 77
4.2.2 居民用水結構變化和節水器具未來發展趨勢 78
4.3 工業節水技術的發展規律 79
4.3.1 工業技術發展水平判斷 79
4.3.2 技術進步對節水潛力的影響識別 81
4.4 常規處理工藝下城市飲用水水質風險特征 82
4.4.1 城市飲用水水質風險評價標準 82
4.4.2 飲用水源水質參數 83
4.4.3 給水處理工藝參數 84
4.4.4 不同水源水質條件下的飲用水安全風險 84
4.4.5 海河流域的飲用水安全風險 84
4.5 城市飲用水水質安全的社會和技術影響因素 87
4.5.1 案例研究區域 87
4.5.2 模擬情景設計 88
4.5.3 模擬結果分析 90
4.6 典型下墊面污染物初期沖刷效應 91
4.6.1 顆粒物初期沖刷效應 92
4.6.2 有機物和營養物質初期沖刷效應 92
4.6.3 其他物質初期沖刷效應 92
4.7 BMP在城市徑流污染控制中的去除規律 94
4.7.1 控制措施的選擇 94
4.7.2 控制措施方案制訂與模擬分析 94
4.8 居民支付意愿對再生水需求的影響 98
4.8.1 居民支付意愿的影響因素 98
4.8.2 北京市再生水需求曲線 99
4.9 投資再生水項目的最優規模和最佳時機 101
4.9.1 污水再生利用工程的經濟可行性 101
4.9.2 再生利用工程經濟可行性的敏感影響因素分析 102
4.9.3 投資再生水項目最優規模和最佳時機的影響因素 103
4.10 城市污水系統結構與布局對城市可持續性的影響 105
4.10 .1 城市污水系統結構對城市可持續性的影響 105
4.10 .2 城市污水系統布局對城市可持續性的影響 112
4.11 污水再生利用條件下污水系統的理想服務規模 114
4.11 .1 污水系統單位成本曲線規律識別 115
4.11 .2 傳統模式與污水回用模式污水系統理想規模的差異 116
第5章 城市二元水循環系統調控機制研究 118
5.1 城市節水潛力預測與實現途徑 118
5.1.1 海河流域城市生活用水節水潛力分析與管理對策 118
5.1.2 海河流域工業用水節水潛力分析與管理對策 123
5.2 海河流域城市給水系統水質風險控制 126
5.2.1 海河流域未來飲用水水質風險 126
5.2.2 影響飲用水水質風險的關鍵因素識別 128
5.2.3 飲用水水質風險控制策略的效果 129
5.3 海河流域城市水資源利用效率評價 130
5.3.1 各項評價指標和權重確定 130
5.3.2 城市綜合用水效率評價 136
5.4 海河流域城市污染負荷總量控制對策 137
5.4.1 城市污染負荷排放的估算方法 138
5.4.2 海河流域城市污染負荷排放量的計算及調控路徑識別 140
5.4.3 城市區域污染負荷排放調控路徑的選擇 153
5.5 海河流域城市排水體制的選擇策略 157
5.5.1 不同排水體制性能差異的識別 157
5.5.2 海河流域城市排水體制分區 160
5.5.3 城市特征與排水體制選擇的關系 162
第6章 成果總結與展望 164
6.1 基于二元循環的可持續城市水系統理論 164
6.2 多尺度城市二元水循環系統數值模擬體系 165
6.3 城市二元水循環系統演化機制與規律 165
6.4 城市二元水循環系統調控機制 167
6.5 對未來研究工作的建議 167
參考文獻 169
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