水库抗旱调度分期特征确定方法研究

为在一定程度上减轻流域干旱损失,国家防汛抗旱总指挥部提出旱限水位的概念,并开展水库抗旱调度,降低干旱影响程度。旱限水位是水库低水位运行的控制性水位,其合理设置对提高区域水资源利用率意义重大,而水文气象特征在年内的阶段性变化要求基于旱限水位的水库管理应适应其变化特征。此次研究提出水库抗旱调度分期的确定方法,采用核主成分分析法提取指标的非线性特征,结合熵权法赋予指标权重后利用Fisher最优分割法对干旱的年内阶段性变化进行划分。以黄河流域刘家峡和小浪底水库为例,分期结果刘家峡水库分3期为:7月至9月,10月至3月,4月至6月;小浪底水库分3期为:7月至10月,11月至3月,4月至6月。     

漳泽水库沉积物重金属污染特征与生态风险评价

为了揭示漳泽水库表层沉积物重金属的污染特征,在2017年10月对水库16个采样点进行沉积物采集,分析了表层沉积物中Cu,Zn,Pb,Cd,Hg和As共6种重金属的含量,并对其来源和生态风险进行分析评价。结果表明:漳泽水库6种重金属的平均含量从高到低依次为Zn>Cu>Pb>As>Cd>Hg,且含量均超过山西省土壤背景值;Pearson相关性分析表明,Cu与Hg,Cu与Zn,Pb与Zn,Hg与As之间呈正相关性(P0.05)。通过主成分分析发现,主成分1由Cu、Pb、Zn构成,主要来自生活或工业污水;主成分2由Hg和As构成,主要来源于工农业废水及人类活动影响;主成分3为Cd,污染来自化石燃料燃烧等工业和农药、化肥使用的农业活动污染影响。地质累积指数法和潜在生态危害指数法结果均显示漳泽水库沉积物中Cd和Hg污染最严重,对潜在生态风险指数的贡献率比较大,生态风险高,是主要污染物,需要引起高度关注。     

酸化赤泥吸附环丙沙星的特征、机理及过程优化

为提高赤泥的资源化利用及抗生素有机废水的深度处理,以酸化赤泥为吸附剂、环丙沙星为目标污染物,研究了酸化赤泥吸附环丙沙星的条件、特征和机理.采用响应面法中Box-Behnken设计方法,以吸附温度、溶液pH值、环丙沙星初始浓度、酸化赤泥投加量为自变量,吸附量为响应值建立4因素3水平优化模型,确定了最佳吸附条件,并对吸附过程的动力学模型、等温线模型、热力学特性及吸附机理进行了研究.结果表明,溶液pH值、环丙沙星初始浓度、酸化赤泥投加量为影响吸附量的显著因素.酸化赤泥吸附环丙沙星的最佳条件为：温度45℃、pH=3.04、环丙沙星初始浓度29.20mg/L,酸化赤泥投加量3.40g/L,预测最大吸附量为7.30mg/g.酸化赤泥吸附环丙沙星的过程遵循伪二级反应动力学模型及Langmuir-Freundilich吸附等温线模型,经过拟合最大吸附量分别为7.90和7.35mg/g.根据Van Tehoff公式计算吸附热力学状态函数ΔG⁰为-82.13~-94.37kJ/mol、ΔS⁰为0.61J/（mol·K）、ΔH⁰为100.25KJ/mol,吸附为自发进行的吸热反应.FTIR表明环丙沙星分子中-COO与酸化赤泥的Al-O键发生络合反应,C=O与Fe-O键发生微弱的静电或内球面键合作用.研究表明,酸化赤泥是一种极具潜力的廉价吸附剂,可用于处理抗生素污染废水.     

微电解强化微生物菌种对高氨氮低碳氮比黑臭水的脱氮研究

针对高氨氮低碳氮比(C/N)黑臭水进行脱氮研究,通过硝化菌和反硝化菌共同作用,并在后期耦合铁碳微电解(IC-ME)强化脱氮。单因素控制变量实验表明,硝化菌和反硝化菌在30℃硝化/反硝化效果较优,平均氨氮去除率为71.62%,硝态氮去除率可达到67.52%;在溶解氧(DO)为3 mg/L时硝化效果较好,平均氨氮去除率达到了70.08%;在后期投加150 g/L铁碳填料时,反硝化效果最好,2#和3#反应器硝态氮去除率最高分别提高到了81.78%和91.17%。长时间运行反应器后,氨氮去除负荷达到0.193 kg/(m³·d),化学需氧量(COD)去除负荷达到1.786 kg/(m³·d)。单独的微生物菌种针对高氨氮低C/N黑臭水脱氮还有一定的局限性,通过后期耦合IC-ME,脱氮效率明显提升,总氮(TN)去除率可从45.65%提升到58.91%。     

基于级联效应的水库调度决策多维综合评估

水库防洪、兴利调度的核心为水库水位的科学控制。受复杂现实环境因素影响，如应急突发事件、水资源供需不确定性等，实际调度过程中各时段水库水位往往偏离初始优化路径，进而影响后续调度决策以及防洪、兴利效益目标，即水库水位控制决策受扰动后的级联效应现象。文中提出考虑影响持续性、全局损失性以及系统失效性3个方面的水库调度决策级联效应评估指标体系，以此为基础，采用TOPSIS方法量化月尺度水库调度决策级联效应，应用K-means算法划分级联效应强度等级，并在泾河流域东庄水库供水调度中进行应用。结果表明：1)相对于影响持续性指标与系统失效性指标，全局损失性指标对东庄水库调度决策的变化更加敏感，其中在枯水期尤为显著；2)水库调度决策扰动产生的综合级联效应在10月份最为显著，5—7月份相对较弱，重点管控10月水库水位有利于避免水库水位偏离初始优化路径时大规模负向级联效应的产生。     

管网末梢水中DOM分布特征及影响因素

为探明长期运行的供水管网末梢出水的溶解性有机物(DOM)分布特征及影响因素,采用三维荧光技术结合平行因子分析法(PARAFAC)对西北某高校管网水质进行了研究,并利用荧光区域积分(FRI)法得到各类DOM占比,通过实验揭示了加氯与DOM的相互关系。结果表明:该区域管网水中DOM主要为溶解性微生物副产物(SMP)、富里酸类(fulvic acid-like)和腐殖酸类(humic acid-like)有机物;DOM平均相对浓度约为2.0×106AU·nm2,其中类蛋白有机物较少,SMP占30%~34%、富里酸类占23%~25%、腐殖酸类占25%~28%;铸铁管出水中SMP总量(80 643 AU·nm2)和占比(34%)比不锈钢管出水中的SMP总量(72 420 AU·nm2)和占比(30%)有所升高;加氯对腐殖质类有机物具有一定的去除效果,且在前10 min内去除率最高。研究结果可为供水管网水质维护和加氯机制提供理论依据。     

镧沸石对磷和重金属的吸附与底泥钝化性能

矿业开采加工排放的重金属污染物会进入底泥中,与其中的磷形成复合污染.然而,目前关于底泥钝化的研究多数仅针对单一污染物.考察了新型钝化剂——镧沸石对P、Zn和Pb的吸附性能,及其对疏浚底泥中相应污染物的钝化效果,并通过脱附实验、X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）研究了其吸附机制.结果表明,镧沸石对P、Zn和Pb的最大吸附量分别为53.76、27.70和123.45mg ·g^-1;预吸附Zn和Pb对镧沸石的除磷性能影响不大,但Zn和Pb的吸附会受到预吸附抑制.投加质量分数0.83%和1.66%的镧沸石后底泥中的P、Zn和Pb均向稳定态/生物难利用形态转化.P、Zn和Pb都可以通过形成内圈络合物被镧沸石吸附,此外静电作用和表面沉淀也分别会对Zn和Pb的吸附形成贡献.投加镧沸石可实现疏浚底泥中磷和重金属的钝化.     

生物滞留系统中典型POPs的去除及归趋研究

生物滞留系统是一种有效的海绵城市的建设,可以有效地截留和去除城市雨水径流污染过程中的持久性有机污染物(POPs)。同时,POPs的积累也会对生物滞留系统中的生物产生毒性和抑制作用,甚至形成污染源向外扩散,从而影响其使用寿命,引起周边土壤以及地表水和地下水的污染问题。该研究分析了典型POPs在城市地表径流中的来源和特征以及在生物滞留系统中典型POPs的去除效果、影响因素、分布状况及其去除机理。指出生物滞留设施中POPs的积累、迁移、转化及修复是今后的主要研究方向。     

西安市极端降雨时间演变特征分析

全球气候变化导致城市洪涝灾害频发,极端降雨具有历时短、成灾快的特点,是造成城市内涝的主要原因,研究极端降雨的变化趋势,可为城市应对内涝提供参考。为分析西安市极端降雨事件的时间演变特征,采用滑动平均、线性回归、M-K突变性检验和Hurst指数分析等方法对西安市1990—2020年的降雨资料进行分析,得出西安市近30年降雨事件随时间的变化特征,并对未来变化趋势进行预测分析。结果表明:1）西安市年降雨量无明显变化趋势,但极端降雨量以每10年29 mm的速率呈增加趋势,并且在2002年突变性增加;2）极端降雨频次以每10年0.85次的速率呈增加趋势,并且在2014年突变性增加;3）极端降雨量和极端降雨频次的Hurst指数分别为0.974和0.893,具有较强的持续性,这表明两者变化趋势与过去相一致,未来西安市的极端降雨事件会呈持续增加趋势。     

沿河村落山洪灾害危险区等级的定量划分研究

山洪灾害危险区等级的定量划分是沿河村落山洪灾害分析与评估的重要内容,并能为山洪灾害的预警与防治提供科学依据。本文针对甘泉县洛河沿岸村落,根据不同设计频率下的暴雨特征值进行产汇流计算,给出了20%、5%、1%等3个频率下的设计洪水;利用HEC-RAS计算了不同设计洪峰流量下的水面线,通过对比分析沿河村落的居民宅基高程与3种频率洪峰水位,评价了其防洪能力,进而将危险区等级划分为极高危险区(5年一遇)、高危险区(5~20年一遇)、危险区(20~100年一遇)和不危险区(100年一遇)。结果显示,分析评价的56个沿河村落中,极高危险区、高危险区和危险区分别约占3.6%、16.1%和10.7%,且大多分布于干支流交汇口处,而防洪能力较高的不危险区主要位于支流的上游地区。山洪灾害的防治应着重治理干支流交汇口处的区域;根据防洪能力定量划分山洪灾害的危险等级,能够为沿河村落山洪灾害的风险评估及防治提供依据。