La teoría del sistema de agua urbano es la aplicación y extensión de la ciencia hidrológica de cuencas a una escala urbana. En un artículo publicado en Science China Earth Sciences , un grupo de investigación dirigido por el académico chino Xia Jun presentó la teoría del sistema de agua urbano 5.0 y el modelo asociado. Este estudio tiene como objetivo avanzar en el estudio interdisciplinario de las ciencias del agua urbana y ofrecer una solución sistemática a problemas complejos del agua urbana.
Las investigaciones anteriores sobre sistemas de agua urbanos se centraron principalmente en procesos individuales dentro del ciclo del agua, como los relacionados con el suministro de agua y las plantas de tratamiento de aguas residuales, lo que ha avanzado significativamente nuestra comprensión de la teoría de los sistemas de agua urbanos.
Sin embargo, con la llegada de la construcción de ciudades esponja en China, el enfoque de los estudios de los sistemas de agua urbanos se ha desplazado de las consideraciones tradicionales sobre el rendimiento de la lluvia y la escorrentía, el suministro de agua y los procesos de drenaje a un examen más completo de múltiples procesos de los sistemas de agua. Sin embargo, se necesita más exploración para comprender la interacción entre el ciclo del agua, el transporte de materiales, la ecología del agua y las actividades humanas.
El profesor Xia amplió el concepto de sistemas de agua urbanos pasando del ciclo natural del agua a una escala urbana y así estableció la teoría del sistema de agua urbano 5.0. Esta teoría enfatiza los mecanismos, las teorías de sistemas y las integraciones tecnológicas de los ciclos urbanos del agua adaptados a diferentes zonas climáticas y subdivisiones geográficas en China.
El objetivo principal de la investigación es utilizar el ciclo hidrológico como vínculo para explorar de manera integral las áreas urbanizadas y sus ríos y lagos asociados con múltiples procesos. Estos procesos abarcan el ciclo natural del agua de lluvia, evapotranspiración, almacenamiento y escorrentía, el ciclo artificial del agua de suministro, uso, consumo y descarga, la interacción entre ríos y ciudades, el ciclo biogeoquímico, la migración y transformación de contaminantes, y las consecuencias socioeconómicas. desarrollo.
El modelo 5.0 del sistema de agua urbano integra un modelo de ganancia de lluvia y escorrentía variable en el tiempo con sistemas de agua urbanos adaptados a diversas condiciones de la superficie subyacente. El modelo de ganancia de lluvia y escorrentía variable en el tiempo sirve como núcleo y extiende sus capacidades de simulación a la contaminación de fuentes difusas, el transporte de agua y contaminantes dentro de las redes de drenaje, el anegamiento, los ciclos socioeconómicos del agua, el tratamiento de aguas residuales y la regulación y purificación del agua.
Esta integración facilita la interacción fluida entre los ciclos naturales y sociales del agua, incorporando medidas de esponjas a múltiples escalas y abordando la cantidad, la calidad y los procesos ecológicos del agua. El modelo comprende cinco funciones principales de simulación:lluvia-escorrentía y carga de contaminantes de fuentes difusas, transporte de agua y contaminantes de las redes de drenaje, regulación y purificación de terminales, ciclos socioeconómicos del agua y evaluación y regulación del sistema de agua.
La aplicación exitosa del modelo de sistema de agua urbano 5.0 en Wuhan, una ciudad central en la aglomeración urbana del tramo medio del río Yangtze, demuestra la viabilidad del modelo en la simulación de procesos clave del ciclo del agua urbano. El modelo funcionó bien para la simulación de procesos urbanos de lluvia y escorrentía, concentraciones totales de nitrógeno (TN) y fósforo total (TP) en cuerpos de agua y los indicadores críticos de desarrollo socioeconómico.
Se propusieron algunas medidas de control para los puntos de anegamiento, el nivel negro y oloroso de los cuerpos de agua, los niveles de eutrofización de los lagos y el desarrollo verde, respectivamente. Estas medidas redujeron el área máxima inundada en una precipitación que ocurre una vez cada década en un 32,6%, las masas de agua negras y malolientes en un 65% y el índice integral del estado trófico de las masas de agua en un 37%. También contribuyeron a un aumento del 21% en el desarrollo verde.
La teoría del sistema de agua urbano 5.0 y su modelo asociado representa un avance significativo en el modelado de los sistemas de agua de las ciudades contemporáneas. Este enfoque facilita la integración de diversas disciplinas relacionadas con los entornos urbanos y la gestión del agua.
De cara al futuro, es imperativo mejorar el sistema conceptual y teórico-técnico de los sistemas de agua urbanos. Esto implica perfeccionar la estructura del modelo, ampliar sus funcionalidades y reforzar la observación y la recopilación de datos relacionados con los procesos del sistema hídrico. Estos esfuerzos son esenciales para validar el rendimiento de las simulaciones de modelos y garantizar su precisión.
Más información: Jun Xia et al, Teoría del sistema de agua urbano y su desarrollo y aplicación de modelos, Ciencias de la Tierra de China (2024). DOI:10.1007/s11430-023-1226-9
Información de la revista: Ciencia China Ciencias de la Tierra
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