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上表展示了模型数据的转化和使用。读取(Read):用作输入的数据;定义(Define):被定义的数据时间序列,用于表示可能的未来情况;修改(Modify):在模拟中被修改的模型变量数据;创建(Create):新信息。模型初始结果是基础设施的演化和相应绩效值。
模型应用和案例研究
具有如此复杂度的模型显然不能用标准的系统分析来评估。尽管如此,验证工作还是很有必要的,因此研究团队选择将模型和一个城市水系统的历史发展模式作对比,从而展示模型生成的场景,复制该城市的城市系统、社会系统和雨洪管理系统的演变。他们选择了澳大利亚墨尔本的一个集水区Scotchmans Creek作为研究对象(如下图)。
该地区原本是一个郊外的居民住宅区,面积约10.4 k㎡,人口约在2.6万。到2010年,城市化进程使得该地区的不透水面积增至38%,生态健康严重倒退。这些是墨尔本东部郊区的城市演变的典型特征:基流很低但雨水会造成骤洪(flash flooding);混凝土衬砌渠道和原生河岸植被的损失导致该地区水质差,并影响了下游的雅拉河(Yarra River)和菲利普港湾(Port Phillip Bay)。水敏型城市设计(water sensitive urban disign, WSUD)的引进帮助改善了该地区的生态健康,将污染物在进入Scotchmans Creek之前就移除出地表径流。
这个案例研究的时间跨度长达50年(1960-2010),涵盖了城市发展、集中式基础设施建设、引进水敏性城市设计技术等关键阶段(城市发展的重建数据只有1972年之后的资料)。他们将该地区与雨洪管理发展的相关资料进行整理,并按时间整理成表格的形式来叙述。
除了城市发展,上面的Scotchmans Creek发展变化图也描述了水基础设施的演变。如图所示,在过去大部分都是采用采用管网运输的集中处理方式,直到在上世纪90年代水敏型城市设计技术的兴起。大部分的水敏型城市设计系统都聚集在南部,而且都是大规模的系统。
为了模拟Scotchmans Creek集水区的历史发展,研究人员对DAnCE4Water三个模块的起始状态和输入场景分别进行了初始设置,从而反映1960年(STM社会变化模块)和1972年的情况(UDM城市发展模块和BPM生物物理模块)。每个场景都从历史数据获得,模拟时期为1972年-2012年。模型指挥中心设置的时间步长为一年。
结果讨论
尽管设置的时间步长为一年,根据算法需要,每个模块内部计算的实际步长都比一年要短。尽管在模拟运算中,三个模块相互连接并在每个时间步长中都交换信息,但为了更好地展示模型还原现实的能力,研究人员对每个模块的结果进行了分开阐述。
城市形式的变化
在 1972-1982年间,UDM模块在该地区的北部和东部开发土地以适应城市人口的增长(如下图所示)。1982年之后,土地进一步开发,商业用地变为住宅用地。研究团队用500x500网格分析1972-1982年间的空间变化,其建筑数目和总屋顶面积的空间对比显示决定系数R2值分别为0.80(建筑数)和0.79(屋顶面积)。而到了2010年,R2改善提高到0.87(建筑数)和0.87(屋顶面积)。这些结果显示模型可以复制城市发展形式。
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