TAGE:一种新的大气污染物来源及输送情况的网格化分析方法

提出了一种新的大气污染物来源及输送情况的网格化分析方法.首先,不依赖于排放源清单,而是以预设的网格化排放源来运行空气质量模型,得到排放源的污染影响因子.然后,结合污染物监测数据,构建排放源总合排放强度求解方程组,并利用遗传算法进行求解.最后,基于排放源的污染影响因子和总合排放强度,计算出排放源的污染贡献占比,从而完成对大气污染物来源及输送情况的网格化分析.这一方法的提出,为缺少准确排放源清单情况下大气污染状况的分析与治理,提供了新的思路.利用此方法,对北京市、石家庄市、保定市2017年10~12月期间PM_2.5的来源及输送情况进行了验证性实验.     

Development of a model to simulate soil heavy metals lateral migration quantity based on SWAT in Huanjiang watershed, China

Lateral transportation of soil heavy metals in rainfall events could significantly increase the scope of pollution. Therefore, it is necessary to develop a model with high accuracy to simulate the migration quantity of heavy metals. A model for heavy metal migration simulation was developed based on the SWAT(Soil and Water Assessment Tool) model. This model took into consideration the influence of soil p H value, soil particle size, runoff volume, sediment amount,concentration of water-soluble heavy metals dissolved in runoff and insoluble absorbed to the soil particles. This model was reasonable in Huanjiang watershed, Guangxi Zhuang Autonomous Region, south China, covering an area of 273 km~2. The optimal drainage area threshold was determined by analyzing the effects of watershed subdivision on the simulation results to ensure the simulation accuracy. The main conclusions of this paper were:(1) watershed subdivision could affect simulation migration quantity of heavy metals;(2) the quantity of heavy metals transported by sediment accounted for 97%–99% of the total migration quantity in the study watershed. Therefore, sediment played the most important role in heavy metal migration;(3) the optimal drainage area threshold percentage to ensure high simulation accuracy was determined to be 2.01% of the total watershed;(4) with the optimal threshold percentage, this model could simulate the migration quantity of As, Pb and Cd accurately at the total watershed and subwatershed level. The results of this paper were useful for identifying the key regions with heavy metal migration.     

Statistical regression modeling for energy consumption in wastewater treatment

Wastewater treatment is one of critical issues faced by water utilities, and receives more and more attentions recently. The energy consumption modeling in biochemical wastewater treatment was investigated in the study via a general and robust approach based on Bayesian semi-parametric quantile regression. The dataset was derived from a municipal wastewater treatment plant, where the energy consumption of unit chemical oxygen demand (COD) reduction was the response variable of interest. Via the proposed approach, the comprehensive regression pictures of the energy consumption and truly influencing factors, i.e., the regression relationships at lower, median and higher energy consumption levels were characterized respectively. Meanwhile, the proposals for energy saving in different cases were also facilitated specifically. First, the lower level of energy consumption was closely associated with the temperature of influent wastewater, and the chroma-rich wastewater also showed helpful in the execution of energy saving. Second, at median energy consumption level, the COD-rich wastewater played a determinative role in the reduction of energy consumption, while the higher quality of treated water led to slightly energy intensive. Third, the higher level of energy consumption was most likely to be attributed to the relatively high temperature of wastewater and total nitrogen (TN)-rich wastewater, and both of the factors were preferably to be avoided to alleviate the burden of energy consumption. The study provided an efficient approach to controlling the energy consumption of wastewater treatment in the perspective of statistical regression modeling, and offered valuable suggestions for the future energy saving.     

双螺旋浆干涉降噪试验研究

目的研究在机体两侧螺旋桨声波干涉状态下,机体假件表面的降噪效果。方法通过模拟双螺旋浆在机体两侧的分布结构,以壳体结构模拟机身壁板,两侧对称布置电机驱动的螺旋桨旋转台,搭建双桨干涉试验平台,控制螺旋桨运行状态,测量机身表面声压级分布,得到螺旋桨旋转平面内机身外表面的声压级分布规律。通过对比单桨运行状态与双桨干涉状态测点的声压级,验证双桨干涉对机体的降噪效果。结果双桨干涉具有明显的降噪效果,尤其是机体45°方向测点降噪效果最明显。与单桨运行状态相比,双桨对消状态下,最大降噪量为1.84 dB,靠近螺旋桨旋转中心测点(0°测点)声压级降低1.58 dB,机体最上方测点(90°)噪声略有上升,声压级增加0.29dB。结论双桨同时运行状态下,降低了机体表面一定区域的声压级,且对其余区域声压级增加较小,通过控制双桨运行状态能达到降噪的目的。     

中国典型城市PM2.5浓度时空演绎规律及影响因素分析

为探讨空气中ρ（PM_2.5）的空间集聚特征和气候、大气成分变量对空气中ρ（PM_2.5）的影响,利用首批纳入PM_2.5监测的74个城市的ρ（PM_2.5）数据计算Moran's I指数,并选取其中38个典型城市进行计量分析.在基于引力模型的空间权重矩阵基础上,构建面板数据SDM（空间面板杜宾模型）.结果表明:ρ（PM₁₀）、ρ（SO₂）、ρ（CO）、ρ（O₃）、RH（relative humidity,相对湿度）与城市ρ（PM_2.5）呈正相关,而T（temperature,温度）和WS（wind speed,风速）与城市ρ（PM_2.5）呈负相关;ρ（PM₁₀）、ρ（CO）、RH是位于前3位影响城市ρ（PM_2.5）的关键性因素,其总效应分别为0.720 1、0.241 7、0.133 9.地理上邻近城市ρ（PM_2.5）具有明显的外部空间溢出效应,即邻近城市ρ（PM_2.5）每增加10百分点,将导致该地区ρ（PM_2.5）增长6.12百分点.300 km左右是保证PM_2.5区域"联防联控"最佳效果的最大门槛距离,超过该门槛距离,区域"联防联控"的力度和效果会随着距离的增加而逐渐减弱;当门槛距离大于500 km时,ρ（PM_2.5）的空间自相关性不显著.气候变量中,RH和ρ（PM_2.5）呈同方向变化,而T、WS与ρ（PM_2.5）呈反方向变化.研究显示,关注单一地区或单一因素（气候或大气成分）均不能有效控制PM_2.5污染,在保持经济稳定增长的前提下,各地治理PM_2.5应从调整产业结构、优化能源结构、完善防控机制等多个维度共同推进,促使经济增长方式早日从"粗放型"向"集约型"转变.      

基于InVEST模型的北京山区森林生态系统碳储量评估分析

本文基于北京山区遥感影像数据和标准样地调查数据,利用In VEST模型碳储量模块,评估分析了北京山区森林生态系统的碳储量。结果表明,北京山区森林生态系统的平均碳密度为99. 95 Mg/hm~2,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层平均碳密度分别为10. 51、3. 16、0. 86、8. 61、76. 81 Mg/hm~2。植被碳密度与土壤碳密度呈现显著正相关关系,土壤碳密度与凋落物碳密度呈现显著正相关关系。各林分类型平均碳密度表现为落叶针叶林(153. 99 Mg/hm~2)针阔混交林(132. 45Mg/hm~2)落叶阔叶林(125. 10 Mg/hm~2)常绿针叶林(111. 78 Mg/hm~2)灌木林(72. 26 Mg/hm~2)。北京山区森林生态系统总碳储量为77. 41 Tg,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层的碳储量分别为8. 14、2. 45、0. 67、6. 67、59. 48 Tg。各林分类型总碳储量表现为落叶阔叶林(43. 23 Tg)灌木林(25. 90 Tg)常绿针叶林(6. 21 Tg)针阔混交林(1. 42 Tg)落叶针叶林(0. 65 Tg)。落叶阔叶林和灌木林是北京山区森林生态系统碳储量的主要贡献者,分别占55. 84%和33. 46%。在北京山区各个区县中,怀柔区碳储量最高(15. 37 Tg),平谷区碳储量最低(4. 89 Tg)。北京山区森林生态系统碳储量分布不均,总体表现为北京山区北部区县较高,西部区县偏低,中部和东部最低。     

城郊排水沟渠溶质传输的暂态存储影响及参数灵敏性

选择Na Cl为示踪剂,于2013年9~10月在合肥城郊的关镇河支渠开展5次瞬时投加示踪实验.从暂态存储、侧向补给和对流-扩散等作用机制层面,设置4种模拟情景,解析暂态存储作用对于排水沟渠溶质传输规律的影响,并对OTIS模型参数进行灵敏性分析.结果表明,暂态存储对于主流区Cl-模拟浓度穿透曲线(BTCs)峰值大小影响很大,相对偏差高达24.23%~117.26%,显著高于对峰值出现时间的影响,且暂态存储影响显著超过了侧向补给作用;由相关性分析,主流区Cl-模拟浓度BTCs峰值大小和出现时间的相对偏差与As/A具有极显著相关性;4个主要参数的灵敏度排序为AAsαD.     

氯化铁絮凝-直接过滤工艺对地下水中As(Ⅴ)的去除机制研究

为探明氯化铁(Fe Cl3)絮凝-直接过滤工艺对地下水中砷(As)的去除过程及机制,分别进行了批吸附实验、现场絮凝-直接过滤实验、扩展X射线精细结构光谱(EXAFS)及电荷分布多位络合(CD-MUSIC)模拟.采集的地下水样品As主要为五价[As(Ⅴ)],浓度为40μg·L-1.现场柱实验直接过滤工艺中Fe投加量为1.5 mg·L-1,出水As(Ⅴ)浓度均低于10μg·L-1,92 h内可提供64 984 L安全饮用水.固体废物毒性浸出实验表明泥饼浸出液中As浓度为3.4μg·L-1,远低于美国环保署限定值(5 mg·L-1).EXAFS和CD-MUSIC模拟表明Fe Cl3絮凝去除地下水中As(Ⅴ)存在两种机制:在p H 3~9.5范围内,As(Ⅴ)主要以双齿双核吸附在氢氧化铁上;p H9.5时,As(Ⅴ)主要与Ca2+和Mg2+形成沉淀而去除.     

京津冀地区高分辨率PM2.5浓度时空变化模拟与分析

为了全覆盖、高分辨率和高精度识别京津冀地区大气PM_2.5质量浓度时空变化,选取多角度大气校正算法遥感反演的1km AOD为主要预测因子,多种气象要素和土地利用要素为辅助预测因子,构建了混合效应模型+地理加权回归模型的两阶段统计模型,并针对京津冀地区PM_2.5污染较严重的特点,模型中引入了AOD²等独特预测因子.通过上述两阶段模型定量预测了研究区2017年1 km²空间分辨率的每日PM_2.5质量浓度.结果表明,模型交叉验证的决定系数R²为0.94,斜率为0.95,均方根预测误差为13.14 μg·m^-3,在前人基础上预测精度进一步提升,可用于PM_2.5浓度时空变化预测与分析.2017年,京津冀地区PM_2.5浓度年均值为44.96 μg·m^-3,年均值范围在0~89.89 μg·m^-3之间.PM_2.5浓度时空变化差异性明显,整体上呈现"平原西南部浓度高、平原东北部浓度中等和山区高原浓度低"的空间分布格局以及"冬季浓度高、夏季浓度低和春秋过渡"的季节变化特点.模型预测结果的高时空分辨率可以支持流行病学研究在较小区域的暴露评估和识别小尺度污染源的时空变化,分析发现在大气污染防治行动计划实施以来,污染较严重的冀中南山麓平原区可能出现了重要污染源的空间变化.模型预测与分析结果可以为京津冀大气污染防治提供科学支撑.     

洛阳市大气细颗粒物化学组分特征及溯源分析

为研究洛阳市大气细颗粒物(PM2.5)的化学组分及来源的时空分布特征,对汾渭平原地区较为欠缺的PM2.5相关研究进行补充,在2018年4月至2019年1月在洛阳市高新和林校2个点位进行了样品采集,对P(PM2.5)、化学组分(水溶性离子、碳质组分、元素)和来源进行分析.2个点位的年均ρ(PM2.5)分别为(76.6±37.9)μg-m-3和(83.2±38.9)μg·m-3,季节变化由高到低均为:冬季、春季、秋季和夏季.高新和林校的9种水溶性离子浓度分别占PM2.5的 55.1％和54.2％,林校的二次离子(NO3-、SO42-和NH4+)年均浓度之和高于高新.高新和林校的ρ[有机碳(OC)]、P[元素碳(EC)]分别为(12.4±7.7)μg·m-3、(1.2±0.5)μg·m-3和(13.4±7.7)μg·m-3、(1.3±0.5)μg·m-3,林校的含碳组分在各季节均高于高新;高新和林校冬季的二次有机碳(SOC)在OC中质量分数分别为67.8％和77.3％,远高于其他季节.化学质量平衡结果表明,高新和林校的主要贡献源均为二次硝酸盐(26.9％和27.1％)、二次硫酸盐(14.5％和14.8％)、燃煤(12.6％和11.6％)、SOA(10.8％和12.2％),高新的生物质源贡献较高,而林校的扬尘源和机动车源贡献较高.后向轨迹和潜在源贡献因子分析表明,洛阳市春季不仅受到来自西北方向的传输,来自西南地区的污染传输也不能忽略;夏季既受到正东方向的季风影响,又有来自正南方向的潜在污染;秋季污染物主要来自东南方向,同时也存在西北方向的潜在来源;冬季受到的传输影响则主要来自周边区域,污染来源较为集中.