以自然为基础的解决方案解决城市循环挑战的框架 | MDPI Water
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目前各国政府与相关部门在管理环境资源方面做出了巨大努力，但城市发展带来的废弃物仍是环境的一大负担。随着城市人口的增长，对新资源 (水、食物、能源、材料) 的需求也随之增长，并伴随着严重的污染和生态系统退化。同时气候变化的影响也加剧了现有环境问题。在追求可持续性发展的过程中，越来越多的城市将探索基于自然的解决方案 (Nature-Based Solutions, NBS)。NBS 在解决与城市资源管理相关的若干方面具有巨大潜力，例如气候适应和缓解、可持续消费和生产、空气质量和水管理等。
尽管当前已有框架评估了城市所面临的挑战以及 NBS 如何有效地应对，但现有框架很少从加强城市资源管理的循环性和确保城市可持续发展的角度出发。基于此，维也纳自然资源和生命科学大学卫生工程和水污染控制研究所的 Guenter Langergraber 教授及其合作者以研究论文形式在 Water 期刊发表文章，提出了一个利用 NBS 解决城市中心问题的框架，旨在指导实践者和决策者更好地理解 NBS 在加强城市资源管理和将 NBS 纳入城市环境主流方面的作用。
研究过程与结果
作者根据 Ellen MacArthur 基金会制定的循环经济 (Circular Economy, CE) 原则，确定了一系列与资源管理有关问题，即“再生自然资本”、“保持资源利用”和“设计时排除废物的外部性”。作者考虑了四种重要资源，即水、食物、能源和材料，通过组织一系列研讨会，分别制定了 NBS 清单、评估了 NBS 处理统一协调中心的潜力、同时对 NBS 进行了分类。
本研究所确定的 NBS 转向资源循环管理的城市循环挑战 (Urban Circularity Challenges, UCC) 如图 1 所示。NBS 应对的社会挑战非常多，包括资源回收、减缓气候变化、恢复生态系统等。通过有目的地实施国家生物多样性保护和可持续利用等方面战略，并且考虑到多功能性和跨学科性，可以为实现有限资源的循环管理做出更大贡献，同时也将带来相应的经济效益，因为多用途 NBS 的实施取代了单一用途 NBS，释放了财政和物质资源，可用于其他方面的用途。
图 1. 在循环框架下实施的 NBS 解决了城市循环挑战 (Urban Circularity Challenges, UCC)。
根据一系列研讨会结果，本研究提出了 51 个 NBS 单元 (Nature-Based Solutions units, NBS_u) 和 NBS 干预措施 (NBS_i)，以及 10 个支持单元 (Supporting units, S_u) 的综合列表，以解决提出的 UCC。此外，作者还为 NBS 提出了一组子类别，这些子类别有助于理解 NBS 的目的以及一些设计和实现技术特征相关特定要求之间的隐含微妙关系。在研讨会期间，作者确定了 NBS 单元和干预措施 (NBS units and interventions, NBS_u/i) 目的，可能与技术作用/主要应用目标 (如城市雨水管理或粮食和生物质生产)、不同规模的绿化作用 (如公共绿地或垂直绿化系统和绿色屋顶)或实际应用 (如土壤和水生物工程) 有关。由此产生的 NBS 子类别描述为：雨水管理；垂直绿化系统和绿色屋顶；补救、处理和恢复；(河流) 恢复；土壤和水生物工程；(公共) 绿地；粮食和生物量生产。
研究结果表明，“恢复和维持水循环”(UCC1)、“水和废物处理、回收和再利用”(UCC2) 和“食物和生物质生产”(UCC5) 获得了最高的UCC 全球评分：分别为 0.77、0.68 和 0.53 (图 2)。此外，几乎所有 NBS_u/i 都被认为对与水有关的 UCC1 和 UCC2 有影响，所有 NBS_u/i 中约有 78% 可处理“与粮食/生物质有关的问题”(UCC5)。相比之下，材料的回收和再利用对于 NBS 的设计或功能来说并不是最重要的。
图 2. NSB_u/i 在解决城市循环挑战 (Urban Circularity Challenges, UCC) 中的表现。
此外，所有 NBS_u/i 的 NBS 全球得分如图 3 所示。所有 NBS_u/i 评分均在 0.05~0.80 之间。其中，NBS_u/i 中约有 40% 的得分高于 0.5，表明在解决几个 UCC 方面的总体表现良好。“食物和生物量生产”和“垂直绿化系统和绿色屋顶”的大多数 NBS_u/i 显示出较高分数，从 0.57~0.81 不等。然而，从“(河流) 恢复”、“土壤和水生物工程”到“雨水管理”的大多数 NBS_u/i 得分很低，在 0.05~0.33 之间。
图 3. UCC 的 NBS 全球得分 (彩色条) 和每个NBS_u/i的 UCC 数量 (灰色线)。Obs：条形根据预先建立的子类别进行着色。
在研究中，NBS_u/i 和 S_u 运行与维护所需的输入 (I) 以及 NBS_u/i 和 S_u 产生的潜在输出 (O) 被视为流 (流经 NBS 的元素和资源)。作为输入，这些流是 NBS 运行和维护所必需的，因此，它们可以来自其他 NBS 或由其他 NBS 和城市系统的其他部分产生。作为产出，流提供了需要回收的资源，用于循环城市中整体运行的 NBS。本研究最终确定了 NBS 的五个流 (水、营养物、生物量、活生物体和能源)，共包括 20 多个类别 (图 4)。
图 4. NBS 运行和维护所需主要流的类型和各自的投入类别，以及 NBS 在循环城市可能的产出。
研究总结
本研究专为应对城市循环挑战 (UCCs) 而制定了 39 个 NBS 单元、12 个 NBS 干预措施和 10 个支持单元的独特清单。NBS 单元和干预措施清单 (NBS_u/i) 以简明方式提出，包括分类、明确的术语和描述。将 NBS_u/i 与 UCCs 相结合的框架模型，能促进实施具有包容性和相关性的城市再生解决方案创新行动计划，并将城市需求理解为向资源节约型和整体增长模式转变的目标机会。值得注意的是，清单中大多数 NBS_u/i 和 S_u 能够充分应对水循环恢复与维护 (UCC1) 及城市中水和废物的处理、回收与再利用 (UCC2) 相关的挑战。相比而言，NBS 目前对于处理城市地区营养物 (UCC3)、材料 (UCC4) 回收和再利用的能力仍然有限，还需要今后更进一步的研究来解决实际应用中的挑战。
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原文出自Water 期刊
Langergraber, G.; Castellar, J.A.C.; Pucher, B.; Baganz, G.F.M.; Milosevic, D.; Andreucci, M.-B.; Kearney, K.; Pineda-Martos, R.; Atanasova, N. A Framework for Addressing Circularity Challenges in Cities with Nature-Based Solutions. Water 2021, 13, 2355.
Water 期刊介绍
主编：Jean-Luc PROBST, University of Toulouse, France
期刊涵盖所有水资源领域相关的科学技术，主要包括全球和区域水循环的可持续管理，水资源及其与粮食、能源、生物多样性、生态系统功能和人类健康的互联。期刊鼓励领域内研究人员发表实验、理论、建模和大数据等相关研究成果。
2021 Impact Factor | 3.530 |
2021 CiteScore | 4.8 |
Time to First Decision | 17.8 days |
Time to Publication | 42 days |
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