人工智能技术对长江流域水污染治理的思考

随着经济的快速发展和城市化进程的不断加速,促使水污染严重的长江流域需从污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制、水污染监测系统的构建开展水污染治理研究.传统的水污染处理技术存在污染物去除效率预测精度较低、污水优化控制成本较高、水污染监测滞后效应严重的问题.人工智能技术能够有效克服上述问题,因此通过梳理国内外学者利用人工智能技术在污水污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制及水污染监测系统的构建等方面的研究成果,为全面加强长江流域水污染治理能力提供科学可靠的技术指导.结果表明:①利用人工神经网络技术（径向基神经网络、多层前馈网络-人工神经网络、多层感知器神经网络）对污水污染物去除过程进行建模与优化,为精确预测长江流域重金属（Cr、Cu）、营养盐（TN、TP）、持久性有机污染物〔PBDEs（多溴二苯醚）、HCH（六氯环己烷）〕的去除率提供重要参考价值.②采用污水处理的自动控制技术与人工智能技术（递归神经网络、支持向量机、模糊神经网络等）构建污水智能控制系统,为长江流域实现高效节能的污水优化控制提供重要的技术指导.③利用在线监测仪器和人工智能技术（小波神经网络、多元线性回归-人工神经网络、叠层去噪自动编码器等）建立水污染智能监测系统,为解决长江流域水污染监测响应滞后问题提供有力的技术支持.因此,人工智能技术对长江流域提高污水污染物去除率,降低污水优化控制成本,提升水污染监测时效性具有重要的推广价值.      

土壤微生物群落结构对生活源和工业源再生水灌溉的差异化响应

为研究不同来源再生水灌溉对土壤微生物群落结构的影响,以地下水灌溉土壤为对照,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对长期利用生活源和工业源再生水灌溉的土壤微生物群落结构进行分析,进一步探究土壤环境因子及其相互作用对微生物群落结构的影响.结果表明,与地下水灌溉相比,长期生活源再生水灌溉可显著提高土壤中TOC、 DOC、 Eh、 NH~+_4-N和TP的含量,长期工业源再生水灌溉导致Cd、 Cr、 Cu、 Pb和Zn在表层土壤大量累积.再生水灌溉显著增加了土壤中Acidobacteria和Planctomycetes的相对丰度,降低了Firmicutes和Tectomicrobia的相对丰度,且不同来源再生水对土壤中功能微生物的影响不同,生活源再生水灌溉可显著增加Chloroflexi和Nitrospirae的相对丰度,而工业源再生水灌溉对Actinobacteria具有显著的抑制作用.db-RDA分析结果表明,生活源再生水灌溉土壤菌群主要受TN、 TP、 DOC和Eh影响(P0.05),工业源再生水灌溉土壤菌群主要受重金属影响(P0.05).长期再生水灌溉可改变土壤环境因子间的相互作用,进而影响微生物群落结构,生活源再生水灌溉土壤中微生物主要受DOC、 TN和TP等营养物质含量的增加和氧化还原条件的改变控制,工业源再生水灌溉土壤中微生物与重金属的积累显著相关.     

石期河流域地下水化学特征及物质来源分析

为明确典型岩溶溶丘洼(谷)地区域地下水化学特征及其成因,以石期河流域为研究对象,运用Gibbs图、Piper图、端元分析及离子比例系数等方法,对地下水水化学特征及物质来源进行了定性和定量分析.结果表明,研究区内地下水pH值介于6.06～8.07之间,Ca~(2+)、 Mg~(2+)和HCO~-_3是地下水中的主要离子,其质量浓度范围分别为2.61～108.7、 0.54～27.61和8.1～370.74mg·L~(-1),符合岩溶水高钙弱碱性特征;地下水物质成分中, Ca~(2+)和Mg~(2+)主要受到碳酸参与的灰岩和白云岩风化作用的控制, Na~+主要来源于硅酸盐岩的溶解,同时, Ca~(2+)和Na~+在地下水流动过程中进行阳离子交替吸附作用; K~+、 Cl~-和NO~-_3主要受到农业化肥施放和生活废水排放的影响.此外,大气降水作为该区域地下水的主要补给来源,对当地地下水化学特征和物质来源也有一定的影响.     

可达性对资源枯竭城市经济转型发展成效的作用机制

对外交通联系是资源枯竭城市转型和可持续发展的主要因素。以我国69座资源枯竭城市为研究对象,使用日常可达性指数表征城市对外交通联系水平,利用工业替代产业产值反映经济转型发展程度,通过面板数据模型和地理探测器等方法分析可达性对城市经济转型发展成效的作用机制,揭示不同可达性水平下资源枯竭城市经济转型规律与特征。研究表明：我国资源枯竭城市可达性整体处于中等水平,可达性水平对资源枯竭城市工业替代产业规模与效率具有积极的正向作用,可达性通过影响民营经济、工业园区经济、固定资产投资和高技术产业等因素间接地推进或阻碍资源枯竭城市经济转型发展。鉴于此,各地结合可达性水平差异,适宜采取不同的转型模式和差别化的扶持政策。     

能源富集区市域经济发展水平空间格局演变——基于晋陕蒙甘宁地区

采用熵权TOPSIS法对我国晋陕蒙甘宁这一典型能源富集区各地级以上城市的市域经济发展水平进行综合评价,进而使用马尔可夫转移概率分析方法和ESDA空间分析方法,探索该地区市域经济发展水平时空分异格局的演化特征,结果显示：（1）该地区的市域经济发展差距在波动中下降;（2）各等级城市在不同时期演化规律截然相反,随时间推移,除低等级之外的各等级城市均表现出较高的等级下降风险;（3）该地区城市的市域经济水平曾存在一定空间负相关,到2015年这种关系则不再显著;（4）该地区呈现以局部为核心区的格局,但西部地区明显趋冷;（5）市域经济系统整体处于耦合协调度较低的状态,发展不平衡、不协调的问题较突出。     

京津冀西北典型区域地下水位时空演变及驱动因素

京津冀西北地区是北京、天津重要的水源涵养区和生态屏障,也是“京津冀协同发展”战略重要的支撑区域。为揭示京津冀西北地区地下水位时空演变规律及其驱动因素,以张家口地区为研究区域,选取1981—2015年56个地下水位观测井连续观测数据、水文地质相关资料、气象数据、地下水资源开采数据和社会经济数据,对研究区内坝上高原、柴宣盆地、涿怀盆地和蔚阳盆地四个地貌单元地下水位时空演变规律和驱动因素进行分析。结果表明：张家口地区四个地貌单元及下辖各区县地下水位呈整体下降趋势,且下降速率逐步加快。35年间坝上高原水位降幅3.59 m<蔚阳盆地水位降幅3.6 m<涿怀盆地水位降幅7.17 m<柴宣盆地水位降幅20.41 m。张家口地区四个地貌单元地下水位动态变化与降雨量、蒸发量、气温等自然因素相关性较差,但与第一产业产值、常用耕地面积、有效灌溉面积、粮食总产量、蔬菜总产量、猪牛羊肉总产量、第二产业产值、第三产业产值和年末总人口等社会经济因素存在显著的相关性。在主成分分析中四个地貌单元前两个主成分的累计方差贡献率均>80%,其中第一个主成分主要为蔬菜总产量、猪牛羊肉总产量、年末总人口和第一、第二、第三产业产值等社会经济因素,不同地貌单元均可解释66%以上,表明社会经济因素是造成张家口地区地下水位持续下降的主要驱动因素。研究成果可为该地区未来社会经济的可持续发展和区域水资源的合理利用、调配以及京津冀西北地区水源涵养和生态功能保持提供理论依据。     

河北坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗特征及其影响因素

为查明河北省坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗能力,选择张北县（坝上风蚀区）和阳原县（坝下水蚀区）作为典型研究区,采用微型圆盘入渗仪测量土壤入渗特性,并分析其主要影响因素。研究结果表明：（1）阳原县不同土地利用类型土壤渗透性能表现为：高盖度草地>低盖度草地>耕地>林地,张北县表现为：草地>耕地>灌木林地>防护林地;（2）不同入渗模型拟合度之间存在显著差异,其中Philip模型拟合效果最佳;（3）土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、稳定入渗时间与容重呈极显著负相关关系,而与总孔隙度均呈极显著正相关关系。结果表明,该区草地土壤入渗能力最强,后期开展生态工程建设时应更加重视草地涵养水源的作用。     

水动力对沉积物-水界面氧通量产生机制的影响

选取三峡库区支流御临河为研究对象,测量了5个水动力条件（平均流速为0.00,0.03,0.07,0.12,0.20m/s）下沉积物-水界面（SWI）氧通量的变化及水动力条件对SWI氧通量产生机制的影响.结果表明,随着平均流速的升高,SWI氧通量增加,由0.00m/s时的1.197mmol/（m²·h）增加为0.20m/s时的43.981mmol/（m²·h）,溶解氧穿透深度增加,氧进入沉积物更深处并被微生物和还原性物质所利用,沉积物耗氧量上升;当平均流速较低时,沉积物耗氧量以生物耗氧量为主,在0.00m/s与0.03m/s时生物耗氧量为氧通量的85.3%与57.7%;当水体平均流速较高,化学耗氧量与其他耗氧量中的化学过程耗氧量在氧通量中的比重逐步提高.     

星形线电除尘器内EHD流动与粒子行为数值模拟

为了研究星形线电除尘器内电流体动力学（EHD）流动与荷电粒子运动行为及两者间相互作用,构建了线板式电除尘器（ESP）内关于EHD和带电粒子运动学的耦合数值模型.该模型采用有限体积法离散求解电场方程和空间电荷方程,在拉格朗日法下建立带电粒子运动方程,并与FLUENT湍流模型进行耦合.利用这一模型,对3种电场风速下星形线电除尘器内流动形态与粒子运动行为进行了细致模拟,并分析了二次流动对气流、粒子浓度分布的影响.结果表明,星形线电除尘通道内二次流动对流动形态和粒子浓度分布存在显著作用.随电场风速的降低,这一作用将越明显.EHD流动对细小荷电粒子运动的影响更为显著.二次流动产生涡旋并作用于主流来影响粒子运动行为.收尘板面的涡旋挤压粒子流远离壁面向流动中心运动,放电极下游的涡旋则促进粒子流向收尘板壁面靠近.此外,由于捕集通道中强二次流的存在,Deutsch计算式对除尘效率、特别是对于亚微米粒子捕集效率的计算并不准确.     

高原湖泊沉积物中反硝化微生物的群落特征——以包头南海湖为例

为了探明内蒙古高原富营养化城市湖泊中nirS型反硝化细菌群落结构的特异性,利用特异性功能基因nirS对包头市南海湖的表层沉积物进行反硝化细菌多样性测定,在分析各采样点沉积物理化指标的基础上,对各样品中nirS型反硝化细菌群落和多样性进行研究.结果表明,南海湖沉积物Shannon指数变化为3.07~3.41,相比于其他研究,反硝化微生物多样性相对较低.参与反硝化的优势菌属与大多数湖泊保持一致,以假单胞菌属（Pseudomonas）和红杆菌属（Rhodobacter）为主.冗余分析（RDA）指出,城市湖泊中的各种类型的污染物对反硝化优势菌属有明显的促进作用,红杆菌属（Rhodobacter）与硝酸盐氮、亚硝酸盐氮呈正相关,假单胞菌属（Pseudomonas）除受硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的影响外,还与总磷呈较强的正相关.南海湖nirS型反硝化细菌中的主要菌属促进了反硝化作用,加速了南海湖氮素的去除.