建 筑 技 术 开 发 Building Technology Development 市政工程 Municipal Engineering 第45卷第 16期 2018年8月
基 于 量 质 耦 合 的 城 市 复 杂 水 循 环
系 统 代 谢 稳 态 模 型 研 究
李 梅 彤 ， 宋 健
(天津 大学 化 工学 院 ，天津 300084)
[摘 要 ]城市复杂水循环系统作为复杂开放的生态系统，一旦水代谢失衡必将引起城市水安全问题。拟采用系统动力学作
为基本的分析工具，从水质水量耦合代谢视角下，依据天津市海河流域作为案例研究对象，分析城市复杂水循环系统代谢稳态
结构机理，并在此基础之上建立城市复杂水循环系统代谢稳态的系统动力学模型，明晰城市复杂水循环系统水质水量耦合代谢
过程，为后续城市水代谢稳态治理政策和方案的制订提供理论基础，从而达到减少城市水安全发生概率的目的。
[关键词 ]量质耦合 ；城市复杂7r,4~ 系统 ；水代谢 ；系统动力学
[中图分类号 ]Tu991 [文献标志码 ]B [文章编号 ]1001—523X (2018)16--0065-02
Study on M etabolic H om eostasis M odel of Urban Com plex W ater
Cycle System Based on M ass Coupling Theory
Li Mei．tong，Song Jian
[Abstract]Urban complex water circulation system is a complex open ecosystem．Once the water balance is out of balance，it will
cause urban water safety．In this paper，the system dynamics is used as a basic tool to analyze the metabolic homeostasis mechanism of
the urban complex water circulation system，based on the water water quality and water coupling metabolism angle ofview and the case
study ofthe Haihe River Basin in Tianjin city．On this basis，the system dynamics ofthe metabolic homeostasis ofthe urban complex water circulation system is established．The model，clarifying the water and water quality and water coupling process of the urban
complex water circulation system，provides the theoretical basis for the formulation of the policies and plans for the subsequent urban
water metabolism control，thus achieving the goal ofreducing the probability ofurban water safety．
[Keywords J quantity and quality coupling；urban complex water cycle system；water metabolism；system dynamics
城市水资源短缺和城市水环境污染加重等 问题，导致城
市水循环的自然属性减弱、社会属性增强，呈现 “自然 一社会”
二元特性 1，而城市水循环的健康运行是基于城市水代谢过程
实现量的补充和质的提高。城市水循环 目前面对经济社会活
动的过度扰动与人类活动强烈干扰，使水循环系统失衡的不
确定性因素 日益复杂，进而影响城市水代谢过程稳态的失衡，
导致城市水安全和水供需问题的发生。
本文根据国内外文献资料研究发现，城市水代谢的研究
虽在其理论、结构以及可持续发展等内容的研究已展开探索，
但其理论基础和基本特性有待深入研究，且在基于水代谢过
程中水质水量变化的研究较为少见 】。
通过引入复杂系统理念，以量质耦合为根本视角进行城
市复杂水循环系统可持续代谢过程的深入研究，完善城市水
代谢的概念和理论体系，实现通过人为治理措施的实施维持
和保证城市复杂水循环系统代谢过程 的稳定运行，从而达到
保证城市水安全和水供需的目的 【3一。
本文将复杂系统理念引入城市复杂水循环系统代谢稳态
结构及其模型的分析过程并采用系统动力学作为基本 的分析
工具 [5】，以海河流域天津市为目标城市，对城市复杂水循环系
统代谢稳态结构及其系统动力学模型进行分析，继而实现城
市复杂水循环系统代谢稳态模型的构建 以及水质水量耦合代
谢过程演化模拟。
1 研究方法
1．1 基于水质水量的城市复杂水循环系统代谢子系统分析及反馈
回路的构建
城市复杂水循环系统是一个涉及人 口增长、经济发展、
收稿日期 ：2018-03-23
作者简介 ：李梅彤 (1972一)，男，天津人，教授，主要研究方向为
化学工程与水资源化。
资源消耗以及受社会经济活动强烈影响的生态环境等因素的
复杂系统，且其子代谢系统既相互联结又相互制约。文章根
据 目标城市的实际情况，划分城市复杂水循环系统代谢子系
统为城市水代谢供给子系统、城市水代谢产生子系统与城市
水代谢处理子系统三大模块。
在上述基础上，基于 SD仿真建模技术明确子代谢模拟结
构彼此之间以及其内部各要素之间存在的互为因果的逻辑关
系，构建闭合结构的反馈回路 【6】。城市复杂水循环系统代谢过
程的表征参数有4个，为城市总人口、灌溉面积、牲畜数量、
工业增加值，与城市复杂水循环系统代谢过程有关的反馈回
路有 3个，具体内容如下。
1．1．1 第一个反馈回路
城市水代谢表
基于量质耦合的城市复杂水循环系统代谢稳态模型研究（论文）.pdf
