【模型工具】城市化對排水管網影響的簡單模型

　　2018-04-20 20:30

　　題目：Importance of scenario analysis in urban development for urban water infrastructure planning and management

　　作者：Christian Mikovits, Wolfgang Rauch, Manfred Kleidorfer

　　作者單位：University of Innsbruck, Unit of Environmental Engineering, Austria

　　期刊：Computers, Environment and Urban Systems

　　發表時間：2018

　　城市化是一個複雜的過程，是經濟主體的行為和政府的政策共同作用的結果。現有的城市發展模型對數據要求高、結構複雜、計算時間長，同時，輸出變數又難以和給排水管網的模型結合。針對此問題，本文開發了一個簡單的城市模型，主要關注城市發展中不透水面積增加和人口增長對管網的影響，而並不關注一般城市模型中關注的家庭人口、職業選擇和房地產價格等預測變數。

　　本模型需要外生給定的總人口增長和已有的幾個「城市中心」（如CBD、火車站等）位置。先將所有未開發地塊根據距中心的遠近排序，然後按優先順序從高到低填入人口，直至總人口符合給定增長率的要求。各新開發地塊的用地類型和樓房平均高度（決定了容納的人口）根據附近的已開發地塊決定。模型結構如圖1。

　　

　　圖1 本文城市發展模型的結構

　　以奧地利Innsbruck市為案例，對總人口增長設高、低兩種情景，對新開發地塊的位置設「城西」、「城中分散」、「城東」三種情景（圖2），將城市發展模型的輸出與暴雨徑流管理模型（SWMM）對接，測試單場降雨下管網的內澇表現。研究發現，城中分散式開發導致總不透水率上升6.4%，為最大；其內澇節點數、內澇總體積也均為最大（圖3）。城東開發比城西開發的內澇表現稍好（內澇節點數、內澇總體積均較小），作者認為，這可能是由於城西地塊的位置偏上游。

　　

　　圖2 新開發地塊的三種位置分佈

　　

　　圖3 三種開發位置下管網的內澇節點及相應體積

　　本文開發的城市發展模型抓住了城市發展的主要過程，突出了城市發展對管網的影響，模型結構簡單易懂、實用性強，但存在的問題是率定的表現不好。

　　本文的案例研究是基於單個的真實城市，只計算了未來一個時間點上的表現，新開發地塊的位置人為地分了三個情景，沒有突出模型的動態特徵，導致本研究與一般的政策情景分析沒有太大差別。未來可以挖掘本模型的更多作用，比如通過模擬城市的動態變化，討論管網的最優建設路徑，或討論某城市化開發政策對管網的長期影響等。