Analyses of Urban Drainage Network Structure and its Impact on Hydrologic Response1

Meierdiercks, Katherine L., James A. Smith, Mary Lynn Baeck, and Andrew J. Miller, 2010. Analyses of Urban Drainage Network Structure and Its Impact on Hydrologic Response. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA) 1-12. DOI: 10.1111/j.1752-1688.2010.00465.x Abstract: Urban flood studies have linked the severity of flooding to the percent imperviousness or land use classifications of a watershed, but relatively little attention has been given to the impact of urban drainage networks on hydrologic response. The drainage network, which can include storm pipes, surface channels, street gutters, and stormwater management ponds, is examined in the Dead Run watershed (14.3 km²). Comprehensive digital representations of the urban drainage network in Dead Run were developed and provide a key observational resource for analyses of urban drainage networks and their impact on hydrologic response. Analyses in this study focus on three headwater subbasins with drainage areas ranging from 1.3 to 1.9 km² and that exhibit striking contrasts in their patterns and history of development. It is shown that the drainage networks of the three subbasins, like natural river networks, exhibit characteristic structures and that these features play critical roles in determining urban hydrologic response. Hydrologic modeling analyses utilize the Environmental Protection Agency’s Stormwater Management Model (SWMM), which provides a flexible platform for examining the impacts of drainage network structure on hydrologic response. Results of SWMM modeling analyses suggest that drainage density and presence of stormwater ponds impact peak discharge more significantly in the Dead Run subbasins than the percent impervious or land use type of the subbasins.     

厦门市氮素流动与水环境负荷演变特征

人类活动造成大量氮素在城市生态系统中聚集,从而对水环境质量造成不利影响.作为一个复合生态系统,城市各系统对水环境的影响呈现不同的变化特征及趋势.本研究以厦门市为例,构建了城市氮流动模型,计算了水环境氮负荷,并通过情景分析的方法探讨了减缓城市水环境氮污染的策略.结果表明,1995—2015年厦门市水环境总氮负荷呈现上升-下降-上升式波动变化,总量介于8800～11100 t之间,主要受地表水氮负荷影响显著,而地下水变化相对稳定.在城市化进程中,城市各系统对水环境产生了不同程度的影响,农作物生产系统、污水处理系统及大气氮沉降是水环境氮污染的主要排放源,年均贡献率达69.0%.农作物生产系统和污水处理系统变化较显著,前者对水环境氮负荷的贡献率从1995年的22.3%下降到2015年的7.0%,后者由1995年的9.7%逐渐上升到2015年的40.7%.情景分析可知,提高城市废物、废水的资源化和综合化利用效率是减少城市水环境氮污染的重要途径.     

广东省粮食供需时空格局

粮食供需差真实反映粮食供需的状况,对于保障粮食安全有着重要意义.研究以广东省为例,利用1994-2009年粮食生产及常住人口数据,构建空间集聚-扩散度和贡献指标,分析粮食供需差的空间分异,并采用格兰杰因果检验探析城市化与粮食供需差的因果关系.研究结果表明,1994-2009年,广东省的粮食供需差总体呈现上升的趋势和扩散的特征,粮食短缺从局部现象转变为普遍现象;21个地级市的粮食供需差趋于平稳、缓慢增长,且增长差异呈现变小的趋势.主导粮食需求和高贡献率地级市的空间分布特征分别是集聚→扩散→集聚与扩散;粮食供需差贡献存在显著的空间差异性,可以将所有的地级市划分为高增长指数、高贡献率,高增长指数、低贡献率,低增长指数、高贡献率,低增长指数、低贡献率4种不同的类型;而格兰杰因果检验表明,在城市化水平较低地区,城市化水平的提升将直接引起人均粮食供需差的变大.     

城镇化对中国区域能源消费及居民生活能源消费的影响

通过引入城镇化和居民消费变量,拓展了能源消费分解的对数平均迪氏指数分解方法(LMDI),并将区域能源消费和居民生活能源消费分解为能源结构、能源强度、人口规模、城镇化、居民消费和消费抑制6大效应,分析其对区域整体能源消费和居民能源消费的影响.结果表明:2003~2012年,城镇化对3大区域的能源消费和居民生活能源消费的贡献明显高于人口规模;人口的东部聚集现象使得东部地区人口规模效应最大;居民消费对区域能源消费和居民生活能源消费的驱动力远高于其它5大效应;源于居民消费相对于政府消费、资产投资和净出口等经济成分在节能方面的比较优势,居民消费率降低反而推动了区域能源消费的增长;能源利用技术进步放缓了区域能源消费的增长.     

广义城市生态安全研究

随着城市化的进程不断加快,学术界对城市生态安全的重视程度也日益增强。基础型和传统型城市生态安全理论完全围绕自然生态安全,鲜有从城市经济生态安全、城市社会生态安全角度进行探讨,笔者以城市自然生态安全为基本立足点,拓展了城市生态安全的定义和范畴,提出广义城市生态安全的概念,并对城市经济和社会生态安全进行了探讨。     

Characterizing and Contextualizing the Water Challenges of Megacities

We characterize and compare water challenges confronting the 28 megacities of the world in 2014. Relying on existing literature and diverse primary data sources, we present a unique portrait at a global scale of the water implications of the rapid growth in megacities. We find that differentiating and analyzing the complexity of megacities' water problems based on geographic contexts, historical development trajectories, urban population growth rates, and forms of urban expansion helps explain the nature of the various water management problems they confront. Two governance features also shed light on megacity water challenges: fragmentation resulting from forms of megacity urban expansion; and, urban dualism resulting from contradictions between historical and cultural legacies and the rise of global engineering and technological norms for water management. The increasing vulnerability of megacities to climate change poses risks as well as opportunities for a more collective response to address this global phenomenon. Our analysis raises important questions and offers guidance about the future trajectories of many more large cities around the world that are on their way to becoming megacities.     

中国城市化与生态环境耦合度分析

在阐述城市化与生态环境耦合涵义的基础上,利用协同学思想构建二者之间的耦合度模型,并对1985年以来的中国城市化与生态环境耦合度的时空分布进行了分析。研究结果显示:①从时间上看,中国城市化与生态环境交互耦合的时序基本处于颉颃阶段,且二者的耦合协调度较低;②从空间上看,中国省区城市化与生态环境的耦合度和耦合协调度都明显存在着地域性差异,且耦合协调度表现出东部省区普遍高于中西部省区的规律,同时它还和区域经济发展水平存在很大的空间对应关系;③由于经济发展、历史基础、自然条件和政策影响的差异作用,中国省区城市化与生态环境的耦合强度与耦合协调程度在空间分布上不具有对应性。     

珠江三角洲城镇用地扩展的城市化背景研究

在分析珠江三角洲1990～2000年的城镇用地扩展现状的基础上,论文采用城镇用地的综合扩展系数将珠江三角洲划分为强扩展型、弱扩展型和相对稳定型3种变化类型。同时,根据城市化发展阶段的划分和城市化与城镇用地扩展耦合系数的研究,揭示了城镇用地扩展强度与城市化发展水平的关系。最后,进一步从城市化发展的空间格局入手,分析了城镇用地扩展的特征。研究表明,1990～2000年珠江三角洲城镇用地的扩展与城市化的发展水平和空间发展格局直接相关。城镇用地的强扩展区除集中在以广州、深圳和珠海为顶点的三角区域内和重要交通轴线两侧外,还表现出以广州、深圳和珠海为核心,向周边地区扩展强度与数量递减的规律。     

中国城镇化进程对旅游经济发展的影响

论文在从理论上剖析城镇化与旅游经济发展相互作用的基础上,利用人口城镇化指数、旅游经济发展相关的时间序列数据和面板数据,实证分析了中国城镇化与旅游经济发展水平的关系以及城镇化对旅游经济增长的影响。从全国层面,1993 年到2011 年,城镇化与旅游经济发展水平存在稳定的协整关系,旅游经济发展是城镇化的单向格兰杰因果作用关系,但城镇化对旅游经济的直接推动作用并不明显;从区域层面,2000 年到2011 年,物质资本、劳动力、产业结构和市场化都是促进旅游经济增长的重要因素,城镇化通过作用于物质资本和劳动力积累、产业结构升级和市场化进程,间接地对旅游经济增长产生正的影响,促进旅游经济增长;各省年均城镇化与旅游经济水平的拟合效果较好,城镇化水平越高的地区,旅游经济越发达。研究还发现,物质资本要素对旅游经济增长的效应逐渐减弱,而劳动力、市场化、产业结构等要素对旅游经济增长的贡献日益增强,依靠市场化的改革,促进产业结构转型,加快以人为核心的新型城镇化发展,能更好地释放城镇化对旅游经济发展的潜力。     

耕地保护、建设用地集约利用与城镇化耦合协调性研究

论文基于耕地保护、建设用地集约利用和城镇化的交互耦合机制,以陕西省为例,通过构建耦合协调模型,分别从时空两个维度对其耕地保护、建设用地集约利用和城镇化的耦合协调关系进行研究。结果表明：1）从时间序列上看,2005-2014年陕西省耕地保护、建设用地集约利用和城镇化整体耦合协调度呈上升趋势,由中度耦合协调发展为高度耦合协调（0.549~0.800）。耦合度方面,以2009年为界,耕地保护、建设用地集约利用和城镇化两两及整体耦合度呈先升后降的倒“U”型;协调指数方面,以2007和2009年为拐点分为3个变化阶段,其中耕地保护和城镇化协调指数T₂、建设用地集约利用和城镇化协调指数T₃以及三系统总协调指数T总体呈上升趋势,而耕地保护和建设用地集约利用协调指数T₁下降幅度大于上升幅度。2）从空间序列上看,2014年陕西省耕地保护、建设用地集约利用和城镇化耦合协调呈现“西北高、东南低”的特征。