Mitigating Impact of Devils Lake Flooding on the Sheyenne River Sulfate Concentration

Devils Lake is a terminal lake located in northeast North Dakota. Because of its glacial origin and accumulated salts from evaporation, the lake has a high concentration of sulfate compared to the surrounding water bodies. From 1993 to 2011, Devils Lake water levels rose by ~10 m, which flooded surrounding communities and increased the chance of an overspill to the Sheyenne River. To control the flooding, the State of North Dakota constructed two outlets to pump the lake water to the river. However, the pumped water has raised concerns about of water quality degradation and potential flooding risk of the Sheyenne River. To investigate these perceived impacts, a Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was developed for the Sheyenne River and it was linked to a coupled SWAT and CE‐QUAL‐W2 model that was developed for Devils Lake in a previous study. While the current outlet schedule has attempted to maintain the total river discharge within the confines of a two‐year flood (36 m³/s), our simulation from 2012 to 2018 revealed that the diversion increased the Sheyenne River sulfate concentration from an average of 125 to >750 mg/L. Furthermore, a conceptual optimization model was developed with a goal of better preserving the water quality of the Sheyenne River while effectively mitigating the flooding of Devils Lake. The optimal solution provides a “win–win” outlet management that maintains the efficiency of the outlets while reducing the Sheyenne River sulfate concentration to ≤600 mg/L.     

COMPARISON OF STOCHASTIC AND DETERMINISTIC DYNAMIC PROGRAMMING FOR RESERVOIR OPERATING RULE GENERATION1

ABSTRACT: Two dynamic programming models — one deterministic and one stochastic — that may be used to generate reservoir operating rules are compared. The deterministic model (DPR) consists of an algorithm that cycles through three components: a dynamic program, a regression analysis, and a simulation. In this model, the correlation between the general operating rules, defined by the regression analysis and evaluated in the simulation, and the optimal deterministic operation defined by the dynamic program is increased through an iterative process. The stochastic dynamic program (SDP) describes streamflows with a discrete lag-one Markov process. To test the usefulness of both models in generating reservoir operating rules, real-time reservoir operation simulation models are constructed for three hydrologically different sites. The rules generated by DPR and SDP are then applied in the operation simulation model and their performance is evaluated. For the test cases, the DPR generated rules are more effective in the operation of medium to very large reservoirs and the SDP generated rules are more effective for the operation of small reservoirs.     

长江口没冒沙演变过程及其对水库工程的响应

研究南槽没冒沙演变规律，可以为筑库引淡蓄水工程建设提供科学依据。根据该海区近百年来各个时期的海图和20年来的实测水文泥沙等资料以及2003、2004年的现场观测数据，探讨了没冒沙的形成及形成后的演变过程。研究表明：没冒沙的形成和发育经历了局部边滩冲刷、边滩沙嘴发育和沙脊形成3个阶段；近半个世纪来，沙体中轴位置在稳定强劲的涨落潮流作用下呈现出西北—东南走向的良好的稳定性，具有潮流脊性质。而蓄淡水库工程建设将有可能使南槽成为适应进出水沙量的新型河槽。     

社会和谐与可持续发展

本文运用系统科学原理阐释了社会和谐的内涵,指出社会和谐须以人与自然和谐为基础,以人与人之间的平等、友爱和同合作为表征,其构建与实现应遵从人类社会的演化规律,依赖予在把握人类社会需求演绎、协同人与自然关系的基础上推动生产力的高效有序发展和自然资源、生态环境的可持续支持.进而从可持续发展角度,提出了人与自然和谐的"双剩余理论",以揭示其间的供瓣枧理和协同准则;推导出了社会收益分配的相对公平系数,以衡量人与人公平要求下的社会和谐.针对国情和战略目标要求,提出了以加强小城镇建设为轴心的城市、小城镇与农村人流、物流、财流和信息流合理聚散的"三元结构"发展模式,以促进我国和谐社会的建设和可持续发展战略的有序实践.     

基于遥感尾气监测的柴油车气态污染物排放因子计算方法研究

采用遥感尾气测试系统实测了柴油车在实际道路工况下的CO、HC和NO排放特征,修正了排放因子的计算方法,并与车载排放测试系统（PEMS）实测结果进行了验证,获得了实测车辆的CO、HC和NO排放因子.测试结果显示,在各种遥感监测的工况下柴油车尾气中均含有较高浓度的氧气,未考虑氧气影响的燃烧方程反演获得的各污染物体积浓度计算值与PEMS实测值的偏差较大,且氧气浓度越大,偏差越大.经过氧气修正的燃烧方程反演计算的尾气浓度与PEMS实测值吻合度大幅提升,适用于实际工况下遥感检测车辆尾气的反演计算.修正算法得到CO、HC和NO的排放因子离散性较小,精确度较高,可以为量化柴油车尾气排放贡献提供科学依据.     

基于稳定氢同位素的太原市大气单环芳烃来源

采集太原市城北和城南区域环境空气和5类污染源挥发性有机物样品,测定样品中典型单环芳烃稳定氢同位素（δD）组成,基于同位素质量平衡原理计算单环芳烃从源到环境空气受体的δD初始混合值,探讨单环芳烃来源.结果表明,柴油挥发源、溶剂挥发源、汽油挥发源（97^#）、汽油挥发源（95^#）、机动车尾气（97^#）、机动车尾气（95^#）和民用燃煤源中单环芳烃δD范围依次为：（-138.7‰~-115.5‰）、（-147.0‰~-121.0‰）、（-150.8‰~-117.6‰）、（-131.8‰~-113.8‰）、（-171.2‰~-120.0‰）、（-138.9‰~-102.7‰）和（-168.3‰~-142.3‰）,民用燃煤源中单环芳烃δD显著贫重氢同位素（D）组成,机动车尾气源与汽油挥发源中苯的δD相比显著贫D,可用于探索污染物转化过程;城北和城南环境空气中δD范围为（-131.7‰~-115.1‰）和（-131.9‰~-74.9‰）,δD初始混合值为-138.4‰和-173.9‰,体现了其来源差异.     

面向国土空间规划的“双评价”：挑战与应对

面向国土空间规划的科学性、可操作性、层级性等内涵,探讨了资源环境承载能力评价和国土空间开发适宜性评价（“双评价”）与国土空间规划之间的基本逻辑问题、应用挑战与应对方法。通过系统梳理“双评价”的理论发展和相关政策响应,剖析了“双评价”在应用探索、内涵扩充、系统支撑三个阶段的研究重点和服务目标,阐明了承载力评价与适宜性评价之间关联逻辑的演进历程。总结了当前“双评价”在应用上的几个关键挑战：一是“双评价”应用于“三区三线”划定的逻辑尚未明确;二是当前承载能力评价与未来规划决策之间存在逻辑悖论;三是“双评价”在不同层级国土空间规划中传导失灵;四是两个评价之间的关联逻辑仍存在争议。为此,提出了应对“双评价”挑战的四点建议：深化理论认知、拓展评价维度、建立传导机制、厘清内在关系,以提升“双评价”对国土空间规划决策的支撑能力。     

生态文明视角下的国土空间底线管控：“双评价”与国土空间规划监测评估预警

生态文明新时代下的空间规划体系对国土空间底线管控提出了明确要求,“双评价”与国土空间规划监测评估预警是底线思维的体现。研究“双评价”与国土空间规划监测评估预警在国土空间底线管控中的作用和地位,通过国土空间规划“一张图”实施监督信息系统的建设,对二者的联系及其相互作用进行体现,构建二者的联动方式,服务于国土空间底线管控及治理的全过程。“双评价”与国土空间规划监测评估预警共同组成底线管控的两个阶段,前者是开展底线管控的基础,后者是底线管控的路径和手段,两者皆是生态文明新时代下国土空间规划底线管控的重要工具,需以国土空间规划“一张图”实施监督信息系统为基础加强两者的有机结合。     

铁锰复合氧化物滤料去除地下水中四环素的效能

以化学挂膜成熟运行5a的铁锰复合氧化物滤料为研究对象,利用静态与连续流柱实验相结合的方式,探究了该滤料去除四环素的效果与机理.结果表明,去除过程符合准二级反应动力学模型;且滤料质量越大,初始浓度越高,对四环素去除的效果越好;当水中共存阳离子浓度为0.01mol/L时,Mg²⁺抑制四环素的去除,而Ca²⁺、K⁺对四环素的去除过程无显著影响.连续流柱实验与发光细菌毒性检测分析,表明,铁锰氧化物滤料对四环素去除效果显著高于石英砂,且铁锰复合氧化物滤料去除四环素后急性毒性降低.此外,机理探究实验结果证实了铁锰复合氧化物滤料去除四环素是吸附与氧化的过程.     

双酚S在两种典型地带性土壤中的吸附/解吸行为研究

采用批平衡实验方法研究了双酚S（BPS）在两种典型地带性土壤中的吸附/解吸行为.结果表明,吸附动力学曲线符合拟二级动力学方程.吸附等温线呈非线性,且同时符合Freundlich和Langmuir方程.相比而言,BPS更易吸附在高有机质含量的黑土中,298 K反应温度下BPS在黑土和红壤上的最大吸附容量分别为497.8和156.6 mg·kg^-1.吸附到两种土壤中的BPS存在解吸滞后现象,这可能是由于BPS以化学吸附和微孔扩散的形式存在于土壤中的缘故.溶液pH与BPS在土壤中的吸附容量呈负相关关系,即中性形态的BPS比阴离子形态的BPS具有更高的吸附容量.与结构类似物双酚A（BPA）的吸附相比,BPS在土壤中的吸附量更低,因此具有更高的迁移能力,可能会引起更高的环境健康风险.本研究结果为了解BPS在土壤中的迁移规律提供了数据支持.