基于三维地勘数据平台的快速有限元建模方法∗

随着计算机可视化技术和数值分析方法的快速发展,三维地质建模和有限元技术在岩土工程和城市防灾减灾领域应用越来越广泛。但目前对两者间有效衔接的研究还明显不足,导致了许多重复性工作和较低的工作效率。针对这一问题,提出了一种基于三维地勘数据平台的快速有限元建模方法。利用Python语言及其Mayavi库开发了基于有限个钻孔的可视化平台,应用两种互补的空间插值法—反距离加权插值法(IDW)和克里格空间插值法(Kriging)实现地层分界面模拟,并进行层间拓扑关系分析优化。重点引入虚拟钻孔概念,提出将三维地层模型截取地块信息转化为有限元软件内置命令文件的衔接方法。以Plaxis 3D为例,实现同一大型场地不同地块的快速有限元建模和分析,为未来大规模岩土工程建设和城市防灾减灾的相关分析提供借鉴。     

“结构—特征”二维视角下的府际环境合作网络研究——基于长三角城市群的经验数据

在府际层面构建环境治理网络是实现区域可持续发展的必要保障,以往研究缺乏对异质性结构下的强度网络特征的关注,难以揭示地方政府治理网络的深层运作规律。基于府际合作的结构逻辑和工具逻辑,本文从“结构—特征”的二维视角构建了府际合作网络的交互分析框架。在结构上,考察上级政府参与下的纵向合作和城市间自主性横向协作网络演变;在特征上,构建府际合作强度模型,进而形成数量网络和强度网络。通过以长三角城市群2011—2019年的环境治理实践为研究样本,本文发现,基于数量的合作网络中,长三角城市群环境治理形成了纵向权威力量参与下的集体行动与横向小范围自主协作相互嵌合的合作机制;基于强度的合作网络中,上海都市圈和南京都市圈是两大强度重心区域,上级政府参与的纵向合作制约力更强,行政干预是目前地方政府环境治理集体行动得以深入发展的重要推进力量。     

黄河中游河龙区间径流量变化趋势及其归因

黄河水沙变化关乎黄河流域生态安全和全流域的高质量发展。近年来黄河水量出现大幅锐减,制约了当地社会经济和下游可持续发展。量化气候变化和人类活动对径流量减少的贡献对于解析黄河水沙变化动因具有重要意义。由于研究尺度和研究方法的不同,径流量变化的因素和影响程度存在较大差异。本文采用MK趋势检验和双累积曲线法系统分析黄河中游河龙区间四个典型流域（皇甫川、窟野河、无定河、延河）1960—2015年间水文要素的变化趋势,利用Budyko水热平衡方程阐明气候变化和人类活动对流域径流变化的作用。结果表明：1960—2015年皇甫川、窟野河、无定河、延河流域径流量均显著下降（P<0.01）,且径流量均在1979年和1999年前后发生突变,而降水量变化不显著。同基准期（1960—1979年）相比,P2时期（1980—1999年）气候变化对径流减少的贡献率达64%~76%;随着退耕还林还草工程的大规模实施,P3时期（2000—2015年）人类活动成为径流减少的主要影响因素,其贡献率达71%~88%。     

三峡库区典型农业小流域水体中溶解性有机质的光谱特征

溶解性有机质(DOM)作为重要的地球化学因子,在流域水体环境中扮演着重要的作用.本研究以三峡库区消落带典型农业小流域——重庆涪陵区王家沟为研究对象,结合该流域内不同土地利用类型,通过紫外-可见光吸收和荧光光谱,对小流域内水体DOM的光谱特征进行了表征和分析.结果表明,该农业小流域水体DOM空间差异较大,其组成和来源均存在明显不同.CDOM在DOM中所占比例[a*_g(355)]大小顺序为:稻田水沟渠水池塘水井水出口水,其中稻田水和沟渠水的SUVA_(254)较井水和出口水大,芳香性更明显.三维荧光光谱中2类4个荧光峰(A、C和B、T),DOM来源都是内部(微生物、藻类)以及外源(腐殖质)的双重贡献.除自生源微生物活动的影响外,外源生活污水和农业生产用水的影响也是导致DOM组分中类蛋白组分增多的重要原因.对比了不同种植季时相同位置水样DOM光谱特征,类蛋白组分是控制两个种植季水体DOM特征波动的重要因素.土地使用方式变化后水体DOC、CDOM和DOM当中的类蛋白/类腐殖荧光组分[r_(T/C)]比例存在明显差异,而FI、BIX和r_(A/C)差异不显著.     

永定河底栖动物生物完整性指数构建与健康评价

构建大型底栖动物生物完整性指数是河流健康评价与河流修复的重要步骤.根据2017年4月永定河流域23个采样点的大型底栖动物生物监测数据,基于监测点水质状况与栖息地质量综合评估指数得分,选择潮白河水系大型底栖动物类群相似且人为干扰较小的5个监测点作为参照区域,构建永定河B-IBI（大型底栖动物生物完整性指数）.通过对大型底栖动物33个生物参数的分布范围检验、判别能力分析和Spearman相关性检验,最终确定永定河B-IBI由总分类单元数、蜉蝣目（E）-襀翅目（P）-毛翅目（T）个体相对丰度、优势分类单元个体相对丰度、摇蚊科个体相对丰度、敏感类群分类单元数、科级耐污指数（family biotic index,FBI值）等6个核心参数构成.采用生物完整性研究中常用的比值法和三分法构建的B-IBI评价得分体系.结果表明,两种方法计算出的B-IBI均具有较高的判别能力,均能较好地判别参照水体和受损水体的健康状况,二者具有较高的相关性和一致性（R>0.90）.永定河河流健康评价结果表明,洋河、桑干河和永定河干流监测点B-IBI平均得分分别为1.97、1.86和1.78,妫水河B-IBI平均值为2.48,23个采样点中有16个处于较差状态,7个处于一般状态.相关性分析表明,B-IBI指数与栖息地质量综合评估指数得分、ρ（DO）呈显著正相关,与ρ（NH₄+）、浊度、电导率呈显著负相关,表明B-IBI指数对于栖息地人为干扰和水质污染均具有较强的指示作用.研究显示,永定河大型底栖动物生物完整性基本丧失,全流域底栖动物群落呈现全面退化趋势,识别影响大型底栖动物群落的关键要素、恢复永定河河流生态系统结构和功能研究亟待开展.      

挥发性有机物(VOCs)的不同化学去除途径:城市与区域站点的对比

VOCs在大气中主要是与OH自由基、NO₃自由基和O₃等反应氧化去除,部分OVOCs的自身光解也是重要的化学去除途径.本研究基于2018年和2019年秋季在珠三角地区的城市和区域站点的外场观测实验,使用VOCs、常规痕量气体及气象参数的观测数据,对烷烃、烯烃、芳香烃和OVOCs等VOCs组分不同化学去除途径的去除速率进行分析.结果表明,烷烃和芳香烃主要通过与OH自由基反应去除,最高占比超过99%.与NO₃自由基和O₃的反应可贡献烯烃去除速率的80%以上,特别是一些天然源的烯烃（如单萜烯）与NO₃自由基的氧化去除是贡献最大的氧化途径.光解是甲醛最重要的去除途径,在两个站点均达到了50%以上,酮类的光解贡献会高于其他OVOCs类物质.OH自由基的氧化去除途径在城市和区域站点的人为源及天然源VOCs去除中占主导地位.区域站点,烯烃尤其是天然源的烯烃物种,与NO₃自由基和O₃反应的贡献要高于城市站点.本研究对促进不同VOCs物种在大气中的去除途径以及其空间差异的认识有重要意义.     

γ-射线辐照预处理加速污泥厌氧消化

采用γ-辐照预处理加速污泥的厌氧消化过程.结果表明,经γ-射线辐照处理后,污泥厌氧消化特性明显改善:污泥的平均粒径减小,粒径分布由70-120μm向0-40μm迁移;污泥絮体中微生物的细胞结构被破坏,核酸等细胞内含物的流出增加了污泥中可溶性有机组分的含量.污泥厌氧消化实验结果表明,经10kGy辐照处理后,污泥厌氧消化产气量大大增加,消化率明显提高.     

南京2013年12月初持续重污染天气特征及成因分析

利用空气质量监测及气象观测数据,对2013年12月初南京市持续重污染天气特征及成因进行分析,结果表明:此次过程表现出污染程度重、持续时间长及细颗粒物占比大等特征,其中PM2.5日均质量浓度最高达327μg/m3,超标3.36倍;各化学组分中二次无机盐(SNA)占比高达53.8%,且随着污染加重呈增大趋势;有机碳(OC)/无机碳(EC)比值平均为3.7,二次污染特征显著。分析此次污染成因,一方面是冷空气强度弱及大气静稳等气象条件不利于污染扩散;另一方面本地污染排放叠加区域输送影响,造成细颗粒物积聚增多,形成持续重污染天气。     

超高效液相色谱串联质谱法测定水体中17种抗生素

建立了一种超高效液相色谱串联质谱法同时测定饮用水源中17种超痕量水平抗生素的分析方法。采用Oasis HLB柱对500 mL pH=5含目标物的水样进行富集,干燥15 min后,用5%氨水甲醇洗脱,氮吹后定容至1 mL。用C₁₈柱吸附目标物,并用0.1%甲酸水和甲醇对目标物进行分离,采用正离子电喷雾电离模式在多反应监测通道中对目标物同时进行分析。该方法检出限为0.07~0.78 ng/L,超痕量水平下回收率范围为75.8%~108%。该方法灵敏度高,精密度为1.8%~15.0%,适用于同时测定饮用水源等水体中的抗生素。     

LY12CZ航空铝合金腐蚀疲劳断口研究

借助扫描电镜以及能谱分析技术对预腐蚀LY12CZ铝合金疲劳断口形貌进行了研究,分析了腐蚀疲劳断口形貌与合金中的Si,Mg等元素以及腐蚀损伤对断裂过程的影响。结果表明疲劳断口是以韧性为主的多源性断口。腐蚀坑使得材料局部力学性能退化,成为裂纹萌生源。合金化过程中控制合适的Mg,Si等强化相元素含量,能够使强度与塑性相匹配,从而提高材料的抗疲劳性能。