La teoria del sistema idrico urbano è l’applicazione e l’estensione della scienza idrologica dei bacini idrografici a scala urbana. In un articolo pubblicato su Science China Earth Sciences , un gruppo di ricerca guidato dall’accademico cinese Xia Jun ha introdotto la teoria del sistema idrico urbano 5.0 e il modello associato. Questo studio mira a promuovere lo studio interdisciplinare nelle scienze dell'acqua urbana e offrire una soluzione sistematica ai complessi problemi dell'acqua urbana.
Le ricerche precedenti sui sistemi idrici urbani si sono concentrate principalmente sui singoli processi all'interno del ciclo dell'acqua, come quelli relativi all'approvvigionamento idrico e agli impianti di trattamento delle acque reflue, che hanno fatto avanzare significativamente la nostra comprensione della teoria dei sistemi idrici urbani.
Con l’avvento della costruzione delle “città spugna” in Cina, tuttavia, il focus degli studi sui sistemi idrici urbani si è spostato dalle tradizionali considerazioni sulla resa delle precipitazioni, sull’approvvigionamento idrico e sui processi di drenaggio, verso un esame più completo dei molteplici processi dei sistemi idrici. Tuttavia, sono necessarie ulteriori esplorazioni per comprendere l'interazione tra il ciclo dell'acqua, il trasporto dei materiali, l'ecologia dell'acqua e le attività umane.
Il professor Xia ha esteso il concetto di sistema idrico urbano passando dal ciclo naturale dell’acqua alla scala urbana, stabilendo così la teoria del sistema idrico urbano 5.0. Questa teoria enfatizza i meccanismi, le teorie del sistema e le integrazioni tecnologiche dei cicli idrici urbani adattati alle diverse zone climatiche e suddivisioni geografiche della Cina.
L'obiettivo principale della ricerca è utilizzare il ciclo idrologico come collegamento per esplorare in modo completo le aree edificate e i fiumi e laghi associati con molteplici processi. Questi processi comprendono il ciclo naturale dell’acqua delle precipitazioni, dell’evapotraspirazione, dello stoccaggio e del deflusso, il ciclo artificiale dell’acqua di approvvigionamento, uso, consumo e scarico, l’interazione tra fiumi e città, il ciclo biogeochimico, la migrazione e trasformazione degli inquinanti e gli aspetti socioeconomici. sviluppo.
Il modello del sistema idrico urbano 5.0 integra un modello di precipitazioni-deflussi con guadagno variabile nel tempo con sistemi idrici urbani adattati alle varie condizioni della superficie sottostante. Il modello precipitazioni-deflussi con guadagno variabile nel tempo funge da nucleo ed estende le sue capacità di simulazione all'inquinamento da fonti non puntuali, al trasporto di acqua e sostanze inquinanti all'interno delle reti di drenaggio, al ristagno idrico, ai cicli socioeconomici dell'acqua, al trattamento delle acque reflue e alla regolazione e purificazione dell'acqua.
Questa integrazione facilita la perfetta interazione tra i cicli idrici naturali e sociali, incorporando misure multiscala delle spugne e affrontando la quantità, la qualità e i processi ecologici dell’acqua. Il modello comprende cinque funzioni di simulazione principali:deflusso delle precipitazioni e carico di sostanze inquinanti da fonti non puntuali, trasporto di acqua e sostanze inquinanti nelle reti di drenaggio, regolamentazione e purificazione dei terminali, cicli dell'acqua socioeconomici e valutazione e regolazione del sistema idrico.
L’applicazione di successo del modello del sistema idrico urbano 5.0 a Wuhan, una città centrale nell’agglomerato urbano del corso medio del fiume Yangtze, dimostra la fattibilità del modello nella simulazione dei processi chiave del ciclo idrico urbano. Il modello ha funzionato bene per la simulazione dei processi di deflusso delle precipitazioni urbane, delle concentrazioni di azoto totale (TN) e fosforo totale (TP) nei corpi idrici e degli indicatori critici di sviluppo socioeconomico.
Sono state proposte alcune misure di controllo rispettivamente per i punti di ristagno, il livello nero e odoroso dei corpi idrici, i livelli di eutrofizzazione dei laghi e lo sviluppo verde. Queste misure hanno ridotto del 32,6% la superficie massima inondata in una precipitazione decennale, del 65% i corpi idrici neri e maleodoranti, del 37% l’indice complessivo dello stato trofico dei corpi idrici. Hanno anche contribuito ad un aumento del 21% nello sviluppo verde.
La teoria del sistema idrico urbano 5.0 e il modello ad esso associato rappresentano un progresso significativo nella modellazione dei sistemi idrici delle città contemporanee. Questo approccio facilita l'integrazione di diverse discipline relative agli ambienti urbani e alla gestione delle acque.
Andando avanti, è imperativo migliorare il sistema concettuale e teorico-tecnico dei sistemi idrici urbani. Ciò comporta il perfezionamento della struttura del modello, l’espansione delle sue funzionalità e il rafforzamento dell’osservazione e della raccolta di dati relativi ai processi del sistema idrico. Questi sforzi sono essenziali per convalidare le prestazioni delle simulazioni dei modelli e garantirne l'accuratezza.
Ulteriori informazioni: Jun Xia et al, Teoria del sistema idrico urbano e relativo sviluppo e applicazione del modello, Science China Earth Sciences (2024). DOI:10.1007/s11430-023-1226-9
Informazioni sul giornale: Scienza Cina Scienze della Terra
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