城市资源代谢机制及循环发展模式创新

来源:中国管理科学学会    日期:2021-03-04    浏览量:2623次
战略金属元素(锂、钴、铅、镍等)、关键非金属元素(碳、氮、磷等)、水、能等关键性资源是支撑城市经济社会活动的重要物质基础。针对当前城市关键战略性资源代谢转化过程复杂多变和相互间耦合关联的特点,本成果以“系统模型—综合调控—管理应用实践”为思路,以实现城市资源高效利用和跨领域污染减排的循环发展模式为管理目标,基于多学科交叉理论及方法,创新性地开发了城市关键元素、水、能资源代谢模拟及耦合关联机制分析模型,开展多部门、多种类型资源协同优化调控,建立资源统筹优化利用方法及固废处理处置系统管理策略,为城市循环发展模式创新提供高效精准的科学方法和决策工具。


图1 中国城市矿产资源产生及演化



    一、城市多部门资源代谢模拟及特征解析

建立了城市资源代谢基础数据库,创新性地开发了多种类型资源多部门代谢耦合关联机制解析方法,开展城市资源代谢的直接、间接与远程耦合效应综合分析(图1),解析资源代谢的经济、社会及环境效应,为相关管理部门依据实际管理需求解析资源环境问题来源和识别造成资源管理低效的关键问题提供支撑,为城市资源代谢的优化配置及高效利用提供基础数据和科学依据。


图2 多部门能源代谢网络分析模型


二、城市资源耦合代谢的机制解析与优化调控

城市关键元素、水、能资源要素之间存在多种纽结关系,其复杂的非线性耦合关联使得城市资源在多部门代谢过程中存在超配或错配。本研究构建了涵盖关键元素、水、能的资源耦合代谢框架,建立城市关键元素—水—能资源代谢综合优化调控方法,为识别城市多资源要素间的相互纽结关系和联动响应、建立城市资源高效集约调控方案提供科学基础,显著提升多个管理目标协同控制的优化模拟精度,为我国城市实现多目标下因地制宜、因城施策开展资源的协同配置与污染的综合控制提供系统性解决方案。研究方法已应用于我国京津冀、长三角、粤港澳大湾区多个城市的资源代谢优化调控和相关规划中。

图3 城市关键元素-水-能综合调控

三、城市固体废弃物跨介质代谢的优化管理策略

城市固体废弃物处理处置系统决定了城市资源代谢的最终形态和环境影响大小。针对城市固废的不同管理路径,本研究以生活垃圾分类与处理处置为重点,开发了碳、氮等关键元素跨介质迁移代谢分析模型和整体环境影响评估方法,突破原有固废管理策略在单介质局部最优下跨介质环境风险不可控的局限性,建立通过跨介质污染控制改善整体生态环境质量的系统性环境管理思想;建立城市固废处理处置系统耦合模拟及优化调控方法,重点提出了生物质废物从固废收运到处理处置全过程的关键技术链条及管理改进方案,显著提升了节能减排效果及经济性,为我国城市在资源、环境、经济多目标下的固废全生命周期管理和“无废城市”建设提供了全新的规划管理工具。


图4 城市固废管理路径的环境效益评价


图5 城市固体废物集中协同处置系统性解决方案


四、城市循环发展模式的综合集成应用

综合集成城市资源代谢系统分析模型、优化调控方法及规划管理工具,建立实现资源高效利用、污染协同减排的发展模式,服务于我国6项国家级资源循环利用相关政策、专项行动方案及城市循环发展模式综合规划方法的国家指南或导则的制定,支撑了4个国家级资源循环利用示范基地、2个静脉产业园的建设规划,3个国家级“无废城市”建设试点实施方案、4个国家级循环经济示范城市(县)建设实施方案和2个地级城市循环经济发展规划的编制。成果可推广应用于我国主要城市群、不同类型城镇、产业园区循环发展路径的规划与管理。


图6 城市多部门水资源代谢流动

作者:清华大学  温宗国团队