本文发展的因果循环图和系统动力学模型估计的废水量变化的函数未来社会经济发展和城市的城市水环境的影响下的几个关键因素。使用武汉(在中国城市的人口超过1000万)作为一个案例研究中,武汉的废水量和水环境的可变性建模不同发展模式下的2030年。九未来情景设计的不同的值分配给这些关键因素,包括GDP增长率,一万年度GDP用水量和污水处理费用。结果表明,gydF4y2Ba
多年来,许多方法和模型已经开发探索经济和水需求之间的联系或废水量大的一个城市,如(1)环境库兹涅茨曲线(EKC)方法(gydF4y2Ba
系统动力学(SD),是由杰伊•福瑞斯特麻省理工学院的1960年代,主要是用于工业和企业的管理。gydF4y2Ba
城市废水含有大量的有机物(包括氮、磷),无机物,各种细菌和病毒主要由国内废水和工业废水。废水处理方面的技术,生物处理过程,如活性污泥和生物膜,广泛用于城市废水的生物降解性好。根据水质的要求,物理化学方法,如凝固、降水、和膜过滤,可以结合生物技术来进一步提高治疗效果。材料在废水的产生、信息交流和通信在不同因素(如人口和社会经济增长)会影响城市污水的数量。和以往的研究忽略了不同因素之间的相关性及其影响废水的数量相结合。总的来说,国内用水量预测和工业用水量预测的SD方法已报告。但也有一些研究考虑城市污水的动态变化及其对盆地环境和区域经济发展的影响。gydF4y2Ba
根据上述分析,提出一种SD方法在这项研究中,研究城市污水和城市水环境的动态变化在不同社会经济发展政策。这项工作的目标是(1)发展长期波动的SD模型分析城市污水的影响下的社会经济因素和它们之间的动态关系,通过案例研究(2)进一步验证和校准SD模型开发和使用它来模拟城市污水量的变化在不同的经济发展模式。gydF4y2Ba
本研究主要探讨了城市污水变动下的不同发展模式和研究之间的复杂关系经济发展、城市污水和水污染系统。在这个模型中,城市污水是预测经济和人口水平,和水污染是由于排放未经处理的污水,和未经处理的污水的数量取决于城市的污水收集和处理的能力。以上三个部分的系统边界和形成“经济development-municipal wastewater-water污染,”这是主体结构的模型。此外,时间约束的SD模型从2000年到2030年,时间步长是1年。gydF4y2Ba
在前一节中描述的系统边界是短暂,和众多因素影响的系统“经济development-municipal wastewater-water污染。“影响系统的行为的主要因素是逻辑思维的基础上确定“旅游地。“建立一个因果循环图来描述整个模型的动态行为。根据记忆的基本原理,提出了三个反馈回路的因果循环图,其中两个是消极的,一个是正的。如图gydF4y2Ba
模型的因果循环图。gydF4y2Ba
模型结构是通过因果循环图直观地描述,初步反映了废水的动态关系的预测和管理系统。虽然因果循环图不能代表整个系统只有一个粗略的描述系统的结构,有必要构建一个正式的模型(浆流图)。gydF4y2Ba
因果循环图中提到的那些是主要的变量控制系统的行为变化,不整个废水预测和管理系统,和不同变量的性质不能区分通过因果循环图。因此,更多的变量和流量需要被添加到完整的SD模型;因此有必要画的浆流图强调股票的角色和整个系统的流量。股票,在系统动力学最重要的元素,反映了一个积累的过程。流,反映股票的输入和输出率,是变量影响股票的价值直接通过改变的速度积累过程。在这项研究中,建模软件Vensim。浆流图如图所示gydF4y2Ba
的浆流图模型。gydF4y2Ba
一些必要的解释和假设SD模型建立研究如下:gydF4y2Ba
市政污水处理能力的一个关键因素,确定是否可以有效控制水污染。尽管污水处理能力在很大程度上是受到污水处理行业的投资和经济发展,它被认为是一个变量,只有随时间变化而变化,可以控制的政策制定者。gydF4y2Ba
废水分为两个类别根据其来源:国内废水和工业废水。尽管灌溉用水的需求是巨大的,但大多数的农业废水,废水特别是毫无意义,其实渗入地下或通过地表径流流入河流。由于废水网络的缺点,大多数农业废水无法收集到污水处理厂。真正的农业废水进入污水网络是有限的。在这个模型中,农业废水排除在外。gydF4y2Ba
在城市,单独的下水道排水系统构建在新地区的绝大多数。分别收集雨水,收集到的雨水是直接排放到自然水体,而废水送到污水处理厂。但结合下水道仍然存在一些旧区,可分为两种类型:拦截结合下水道和direct-discharging下水道相结合。由于水污染造成的下水道,越来越多的结合下水道改革实现rainfall-wastewater现在老社区的分离。因此,大量的雨水没有出现SD模型中的一个变量。gydF4y2Ba
在这项研究中,有三个状态变量在SD模型:gydF4y2Ba
资源丰富的地区和环境质量可以限制该地区的经济增长。全要素生产率(TFP) [gydF4y2Ba
水价格和家庭收入的影响被认为是在这个模型和需求gydF4y2Ba
根据巴尔拉斯大使gydF4y2Ba
完成SD模型和模型验证之后,一个案例研究在武汉。在下一节中,介绍了研究区域和变量被分配;然后仿真现状是为了校准SD模型进行建立。最后,场景不同的未来发展模式为场景设计分析。gydF4y2Ba
武汉,湖北省省会,位于中国中部。武汉8494 .41点公里的辽阔的土地上gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和102200000人口gydF4y2Ba
变量在SD模型有三个水平,即人口、GDP、和水的污染,需要设置的初始值。人口和GDP的初始值是8048100年和12.0648亿年是基于2000年的统计数据,今年开始的这个模型。人口增长率的价值观,GDP增长率,一万年度GDP用水量从历史中提取统计从2000年到2012年。的数据gydF4y2Ba
详细的参数值用于SD模型。gydF4y2Ba
| 参数类型gydF4y2Ba | 价值gydF4y2Ba | 源gydF4y2Ba | 请注意gydF4y2Ba | |
|---|---|---|---|---|
| 初始值gydF4y2Ba | 国内生产总值gydF4y2Ba | 1206.48亿年gydF4y2Ba |
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2000年的数据gydF4y2Ba |
| 人口gydF4y2Ba | 8048100年gydF4y2Ba |
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| 水污染gydF4y2Ba | 1gydF4y2Ba | 假设gydF4y2Ba | ||
| 常数gydF4y2Ba | 污水处理费用的变化gydF4y2Ba | 37.5%gydF4y2Ba | 武汉政府gydF4y2Ba | 增加(与2013年的数据相比)gydF4y2Ba |
| 工业废水排放系数gydF4y2Ba | 0.75gydF4y2Ba | 代码设计的室外污水工程(GB 50014, 2006)gydF4y2Ba | ||
| 污染标准gydF4y2Ba | 1gydF4y2Ba | 假设gydF4y2Ba | ||
| 弹性系数的人口gydF4y2Ba | 0.2gydF4y2Ba | 凯利和施密特,1995gydF4y2Ba |
||
| 弹性系数的环境gydF4y2Ba | 0.12gydF4y2Ba | Zhang et al ., 2009gydF4y2Ba | ||
| 弹性的污水处理费用gydF4y2Ba | −0.1gydF4y2Ba | Ruijs et al ., 2008gydF4y2Ba | 假设和参考gydF4y2Ba | |
| 查找函数gydF4y2Ba | 人口增长速度gydF4y2Ba |
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从2000年到2010年的时间序列gydF4y2Ba | |
| 国内生产总值(一万元)用水量gydF4y2Ba |
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| 增长率GDP1gydF4y2Ba |
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| 污水处理能力gydF4y2Ba | 武汉市水务局gydF4y2Ba | |||
| 人均废水输出gydF4y2Ba | 如果时间≤2014,65gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),然后由其他变量gydF4y2Ba | 代码设计的室外污水工程(GB 50014, 2006)gydF4y2Ba | ||
| 污染吸收时间gydF4y2Ba | 世界模型gydF4y2Ba | |||
现状模拟的仿真结果进行了比较与历史统计数据评估SD模型的可靠性。指导方针的基础上”的过程(结构)来获取模型参数估计的观测和模拟结构之间的匹配和行为作为一种严格的测试假设连接结构的行为”(gydF4y2Ba
实际值与模拟值的比较。gydF4y2Ba
| 一年gydF4y2Ba | 真正的价值gydF4y2Ba | 模拟值gydF4y2Ba | 日军(百分比)gydF4y2Ba |
|---|---|---|---|
| 2000年gydF4y2Ba | 74971.03gydF4y2Ba | 72183.4gydF4y2Ba | 3.72gydF4y2Ba |
| 2001年gydF4y2Ba | 68456年gydF4y2Ba | 72681.8gydF4y2Ba | 6.17gydF4y2Ba |
| 2002年gydF4y2Ba | 71189.72gydF4y2Ba | 73146年gydF4y2Ba | 2.75gydF4y2Ba |
| 2003年gydF4y2Ba | 72026.27gydF4y2Ba | 73193.8gydF4y2Ba | 1.62gydF4y2Ba |
| 2004年gydF4y2Ba | 72144.77gydF4y2Ba | 73116.1gydF4y2Ba | 1.35gydF4y2Ba |
| 2005年gydF4y2Ba | 65665.27gydF4y2Ba | 72926.5gydF4y2Ba | 11.06gydF4y2Ba |
| 2006年gydF4y2Ba | 65746.34gydF4y2Ba | 71075年gydF4y2Ba | 8.10gydF4y2Ba |
| 2007年gydF4y2Ba | 66283.2gydF4y2Ba | 71488.1gydF4y2Ba | 7.85gydF4y2Ba |
| 2008年gydF4y2Ba | 78858.76gydF4y2Ba | 72973.3gydF4y2Ba | 7.46gydF4y2Ba |
| 2009年gydF4y2Ba | 78435.06gydF4y2Ba | 74689.8gydF4y2Ba | 4.77gydF4y2Ba |
| 2010年gydF4y2Ba | 78376.66gydF4y2Ba | 76127年gydF4y2Ba | 2.87gydF4y2Ba |
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| 日军gydF4y2Ba | 5.25gydF4y2Ba | ||
实际值与模拟值的比较。gydF4y2Ba
总废水的现状仿真结果已经显示在最后一节中,和图gydF4y2Ba
废水处理的比较能力和总废水。gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
组件的总废水:国内废水(DW)和工业废水(IW)。gydF4y2Ba
情景分析也可以称为政策模拟,对一些主要因素作为控制变量;要调整他们的价值观形成不同的模拟方案。这个模拟测试的政策在2015年到2030年的时期。资源节约型、环境友好型社会的目标是获得经济快速增长的低资源消耗和废物产生。经济增长的特点是GDP的增长,本文与资源保护主要是指减少工业用水。因此三个主要因素是选为场景场景分析的变量,即GDP增长率,一万年度GDP用水量和污水处理费用。每个变量构成的不同分配不同的未来场景,如表所示gydF4y2Ba
场景的设计。gydF4y2Ba
| 场景gydF4y2Ba | 增长速度gydF4y2Ba |
年度一万年GDP用水量(mgydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba | 增加了废水gydF4y2Ba |
|---|---|---|---|
| 1gydF4y2Ba | 10gydF4y2Ba | 35gydF4y2Ba | 37.5gydF4y2Ba |
| 2gydF4y2Ba | 10gydF4y2Ba | 25gydF4y2Ba | 37.5gydF4y2Ba |
| 3gydF4y2Ba | 8gydF4y2Ba | 35gydF4y2Ba | 37.5gydF4y2Ba |
| 4gydF4y2Ba | 8gydF4y2Ba | 35gydF4y2Ba | 50gydF4y2Ba |
| 5gydF4y2Ba | 8gydF4y2Ba | 35gydF4y2Ba | One hundred.gydF4y2Ba |
| 6gydF4y2Ba | 8gydF4y2Ba | 30.gydF4y2Ba | 37.5gydF4y2Ba |
| 7gydF4y2Ba | 8gydF4y2Ba | 25gydF4y2Ba | 37.5gydF4y2Ba |
| 8gydF4y2Ba | 6gydF4y2Ba | 35gydF4y2Ba | 37.5gydF4y2Ba |
| 9gydF4y2Ba | 6gydF4y2Ba | 25gydF4y2Ba | 37.5gydF4y2Ba |
总废水在不同的GDP增长率。gydF4y2Ba
如图gydF4y2Ba
水污染在不同的GDP增长率。gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
总废水在不同每一万元国内生产总值用水量gydF4y2Ba
当其他变量(GDP增长率、污水处理费用)都保持在当前水平,可以显著减少水污染的总量就减少用水量的政策的实施。此外,用水量减少,水污染越明显。GDP的减少,到2030年,由于用水量(一万元),减少从35米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba30米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和25米gydF4y2Ba3gydF4y2Ba水污染的总量分别减少了15.8%和32.0%,分别。见图gydF4y2Ba
水污染在不同每一万元国内生产总值用水量。gydF4y2Ba
总废水在不同废水处理费用。gydF4y2Ba
水污染在不同废水处理费用。gydF4y2Ba
与此同时,做纵向比较本文所选择的三个控制因素;变化等三个因素可以减少废水的总量和克制水污染在某种程度上,和污水处理费用的影响是最小的。gydF4y2Ba
总废水不同发展模式下。gydF4y2Ba
如图gydF4y2Ba
水污染在不同发展模式。gydF4y2Ba
当前工作系统地调查了社会经济、城市污水,和城市水环境系统动力学的第一次,它提供了一种新的城市污水系统的战略管理。此外,它还提供整个系统的动态变化的忽视和管理的理论基础做出正确的决定。基于上面的讨论,可以得出的结论如下:gydF4y2Ba
城市污水可持续发展影响因素的系统和他们的关系进行调查和反馈机制。根据结果,可持续城市污水系统的SD模型从社会经济发达,城市污水、城市水环境模拟未来城市污水和探索影响城市污水系统的关键因素。gydF4y2Ba
SD模型的可靠性证明了案例研究。SD模型能够有效地模拟真实系统,甚至系统历史数据不足,通过定性和定量分析的结合。城市污水的动力学仿真是城市水污染控制和管理的一个重要组成部分。是显著的减少污染,确保健康的城市水环境,提高城市居民的生活质量,实现可持续发展。gydF4y2Ba
案例研究还表明,城市污水增加GDP的增长和增加污水处理费用可以显著减少废水的排放。城市污水和水污染增加场景的快速经济增长最迅速和广泛的资源利用率,因此它不能盲目追求经济增长而忽视资源保护。gydF4y2Ba
SD模型被用来评估可持续发展城市污水的使用GDP增长率,一万年度GDP用水量和污水处理费用作为控制变量。结果表明,与GDP增长率相比,每一万年GDP用水量影响了城市污水更重要的是在短期内。然而,GDP增长率的影响更明显的从长远来看。因此,节水措施的有效实施是一种有效的方法来减少废水的排放,最终实现环保废水系统。gydF4y2Ba
作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba
该项目是由中国国家自然科学基金资助(批准号71390524)。作者要感谢Minhui教授Yu在自动化学院,华中科技大学,在他的指导下开发SD模型,和武汉城市排水发展有限公司有限公司的基本数据。gydF4y2Ba