COVID-19期间基于代理模型的自来水回避行为对公平获取安全饮用水的影响研究

本研究针对COVID-19疫情期间因水质波动引发的自来水回避行为，开发了COST-ABM（COVID-19 Social-Distancing and Tap Water Avoidance Agent-Based Model）代理模型，耦合水力网络与消费者决策机制，揭示了低收入家庭因购买瓶装水导致的水资源经济负担加剧现象，为评估基础设施管理中的公平性提供了新框架。

　　

在全球公共卫生危机背景下，COVID-19疫情不仅改变了人类社交模式，更意外暴露了城市供水系统的脆弱性。当人们因居家隔离大幅增加住宅区用水需求时，供水管网中水流方向与速度的改变导致局部区域出现水龄(water age)延长、消毒剂衰减等问题，进而引发微生物滋生和化学污染物累积。更严峻的是，面对水质恶化，部分家庭选择高价购买瓶装水替代自来水，这种"自来水回避行为"(Tap Water Avoidance, TWA)进一步放大了社会经济差异——低收入群体需将收入的更高比例用于购买瓶装水，形成"水质-经济负担"的双重不平等。这一复杂问题涉及水力动力学、社会行为学与经济学的交叉作用，传统研究方法难以捕捉其动态反馈机制。

为此，由美国-以色列双边科学基金会(BSF)资助的研究团队开发了创新性的COST-ABM框架。该模型首次将COVID-19社交距离行为、SEIR传染病传播模型、供水管网水力模型与家庭决策机制进行多维度耦合。通过虚拟供水系统Micropolis的案例模拟，研究人员量化了水质波动如何通过TWA行为影响不同收入群体的水资源可及性。

关键技术方法包括：1) 基于代理的建模(Agent-Based Modeling, ABM)模拟异质性家庭的水质感知与消费决策；2) EPANET水力模型计算管网中水龄时空分布；3) 经济负担评估采用"水支出占家庭收入百分比"(%HI)指标，整合自来水费与瓶装水支出；4) 通过敏感性分析验证模型参数。

研究结果

需求与水龄动态
对比四种情景（基线、仅TWA、仅社交距离、综合情景）发现：社交距离导致住宅节点需求增加23.7%，工业节点下降19.2%，引发管网水龄分布重构。住宅区水龄峰值从35小时升至72小时，超过消毒剂有效维持阈值（通常<48小时），形成水质恶化正反馈。

公平性评估
低收入家庭（收入最低20%）的%HI在综合情景达6.8%，远超4.5%的 affordability警戒线，而高收入群体仅1.2%。水质恶化区域与低收入社区空间重叠率达67%，显示基础设施布局加剧了经济不平等。

结论与意义
该研究首次揭示了突发公共卫生事件如何通过水力-社会行为耦合机制放大水资源不平等。COST-ABM框架的创新性在于：1) 突破传统社区级评估，实现家庭尺度公平性量化；2) 捕捉水质感知-消费决策的动态反馈；3) 为《可持续城市与社会》目标提供政策工具——例如优化消毒剂投加策略时同步评估经济负担分布。研究建议将%HI纳入供水系统韧性指标，尤其需关注管道末端低收入社区的水质监测与补贴机制。未来可扩展应用于气候变化背景下的长期水资源规划，推动联合国SDG6（清洁饮水和卫生设施）的公平实现。

（注：全文数据与模型参数详见论文补充材料，虚拟案例Micropolis基于Brumbelow et al. 2007的经典管网模型构建）