城市家庭生活用水特征与过程精细化模拟研究

摘要

近年来，我国城市生活用水量迅猛增长，已成为城市用水的主要增长点。建设节水型城市生活单元（住宅小区、家庭住户），合理控制城市生活用水量增长过快是当前城市水管理工作的重要任务。城市生活单元作为城市生活用水过程的基本载体，其内部的用水规律和过程研究尚不多见，评估生活单元内部用水结构的合理性，科学调控其用水方式是相关研究的热点和难点。本研究以城市居民生活用水为出发点，探讨了我国城市生活用水的现状、演变规律，明确不同城市生活用水指标的区域差异，识别影响城市居民生活用水量的主控指标;其次，从面到点，由浅到深，再对城市生活单元开展了精细化研究，对比和分析不同家庭生活用水的时间变化特征和用水结构差异，来揭示城市家庭生活用水的规律;最后开发了城市生活单元用水过程模拟模型—URMOD2.0，并应用于杨凌康乐华府小区，对该小区的逐日用水过程进行模拟，分析不同用水行为的差异特点，并对小区的节水潜力进行了探讨。本论文取得的主要研究成果如下:
　　(1)基于中国重要大中型城市的居民生活用水、人口经济、气候气象以及水资源等各方面数据，利用GIS平台，对我国大中城市居民生活人均日用水量的时空差异进行分析，最后采用通径分析方法，识别影响城市居民人均日用水量的主控指标。结果表明:从时间分布来看，在2005-2010年和2010-2014年期间，城市居民生活人均日用水量呈现先增后减的趋势;从空间分布来看，中国城市生活人均日用水量高值区处于华东、华南、华中和西南地区，人均在160L以上;相比之下，人均日生活用水量低的城市主要分布在中国西北、东北和华北一带，人均不足110L。
　　我国城市居民生活用水量时空差异较大，受自然因素和社会因素等共同影响，在研究时段内，2005年自然条件因素（年均气温、降雨量、城市水资源总量）对城市居民日均生活用水量直接影响最大，而人口密度和节水器具的普及率的直接影响最小。而到了2010年社会因素（人均地区生产总值、人均住房面积和节水器具的普及率）也显示出较大的直接影响效应，其中影响最大的是人均地区生产总值，自然因素方面，城市水资源总量对居民人均日生活用水量的影响效应依然较大;在2014年社会因素方面，水价和节水器具普及率对居民人均日生活用水量产生较大影响，且节水器具普及率对生活用水量的影响要大于水价。
　　(2)选取北京、西安和杨凌城区的三个典型家庭作为单元生活用水精细化的研究日标，通过对家庭不同终端用水的监测，发现城市家庭生活用水具有明显的时间变化特征，不仅有时变化和日变化特征，同时还具有较强的月变化特征，早6～9时城市居民生活用水出现一天最大用水高峰，第二个用水高峰出现在晚18～21时;生活用水量还有逐日波动的特征，通常周六、周日生活用水量呈现一周内最低值;生活用水在每年的2月和3月用水量最低，而到了7～9月用水量达到年内最高值。
　　在对家庭生活用水时间变化特征分析基础上，发现城市家庭生活一年内用水变化特征与用水结构变化特征相关，具体而言，做饭、冲厕和清洁用水差别不大，主要是洗浴、洗衣用水受季节波动大，夏季温度升高导致居民洗浴次数和洗衣频率的增加，从而导致家庭生活总用水量在夏季比较多。
　　(3)基于中国水利水电科学院开发的城市水循环模型(URMOD)，本研究建立了城市生活单元用水过程模拟模型(URMOD2.0)对家庭生活用水进行定量描述，最终实现对杨凌康乐华府住宅小区生活用水过程的模拟。对该小区用水结构进行分析，并采用理想情景假设法对其节水潜力进行评估。发现洗衣、冲厕和洗浴用水家庭生活用水是最多的几项，通过对这3项用水行为进行节水情景模拟，计算得出小区的节水潜力为14.2％，说明该小区仍有部分节水空间，可采取大力推求节水器具、鼓励居民更换节水马桶、倡导居民选择效果好的洗衣机的节水措施，鼓励小区居民节约用水，提高节水意识。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景、目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 城市家庭生活耗用水影响因素研究进展

1．2．2 城市家庭生活用水总量预测研究进展

1．2．3 城市家庭生活用水过程模拟研究进展

1．2．4 生活节水与节水型社会管理实践

1．3 存在的问题

第二章 研究内容、方法及数据来源

2．1 研究内容

2．2 技术路线

2．2．1 基本思路

2．2．2 技术路线

2．3 研究方法

2．3．1 通径分析

2．3．2 实验家庭选取与基本情况介绍

2．3．3 实验方案

2．4 数据来源

第三章 我国城市居民生活用水时空差异与影响因素分析

3．1 我国城市居民生活用水现状

3．2 我国城市居民生活用水量时空分析

3．2．1 我国城市居民生活用水总量演变

3．2．2 城市居民人均日生活用水量时空差异分析

3．3 我国主要城市居民生活用水影响因素分析

3．3．1 城市居民人均日生活用水量的影响因素

3．3．2 城市居民人均日生活用水量影响因子趋势分析

3．4 本章小结

第四章 城市典型家庭生活用水精细化特征与个体差异分析

4．1 典型家庭生活用水分类

4．2 典型家庭生活用水时间变化特征

4．2．2 日际生活用水过程变化特征

4．2．3 月际生活用水过程变化特征

4．3 典型家庭生活用水结构差异

4．4 本章小结

第五章 家庭用水过程精细化模拟模型的构建与应用

5．1 模型构建思路

5．1．1 概述

5．1．2 建模思路

5．2 模型关键计算过程

5．2．2 洗浴用水计算

5．2．3 洗衣用水计算

5．2．4 冲厕用水计算

5．2．5 环境清洁用水计算

5．3 参数率定与模型验证

5．3．1 参数率定

5．3．2 模型验证

5．4 模型应用

5．4．1 小区的选取与基本情况介绍

5．4．2 康乐华府小区生活用水调查问卷

5．4．2 URMOD 2．0 在康乐华府小区的应用

5．5 本章小结

第六章 结论及进一步的研究问题

6．1 主要研究结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介