大气环境科学综合数据采集共享平台建设及应用研究

为实现大气重污染成因与治理攻关项目数据的统一管理和数据共享,基于美国电子政务共享框架（Federal Enterprise Architecture Framework,FEA）方法论和数据中台思想,采用JAVA平台和SOA框架,以大气重污染成因与治理攻关项目科研数据为主,整合全社会大气科学数据资源,面向京津冀、汾渭平原大气污染成因与治理改善分析的核心业务需求,建设集多源异构数据采集、治理、共享、分析、发布于一体的大气环境科学数据采集与共享平台;建立完善的线上数据治理流程,采用多种算法实现大气业务数据集的实时质控;采用分级、分权限的数据共享机制和共享接口动态编辑技术,建立一站式数据枢纽.结果表明:①建立大气科学数据规范分类体系,提供从原始数据、二次数据产品、大气攻关信息发布等多种类型的数据共享服务.②建立海量多源异构综合数据集,包括空气质量、组分、污染源、气象、健康等11类,数据总量4.3 TB,包括7.5亿条数据和66万个文件.③开发交互式GIS服务和线上评估分析工具,实现环境空气质量评估、气象影响分析、组分变化、污染源统计四类主题数据服务.④向大气重污染成因与治理攻关项目各课题组、七省（市）提供多种形式共享,开放104个数据接口,实现21亿条数据、2万份文件、15个专题共享,有力地支撑了大气重污染成因与治理攻关项目的各项研究.      

我国近岸海域环境功能区划制度发展现状及对策

近岸海域环境功能区划制度在保护近海环境质量、维护海洋生态功能等方面发挥了重要作用,已经成为近岸海域环境保护规划的基础和环境监督管理的依据.在国家加快推进陆海、城乡国土空间统筹和优化的背景下,要实现近岸海域生态系统服务功能保护、水质持续改善等目标要求,仅明确近岸海域和沿岸陆域生态环境保护空间格局难以满足海洋生态环境保护需求,还需进一步明确近岸海域生态环境保护目标体系.近岸海域环境功能区划制度已经实施20余年,目前呈现出法律地位不足、功能分类体系与近岸海域生态环境保护要求不一致、功能区目标间协调性不足、调整频繁、各省份近岸海域环境功能区监管工作不统一等问题.因此,应重新定位近岸海域环境功能区在海洋环境管理中的作用,强化对其所确定的近岸海域环境功能的保护,并由环境功能保护的需求进一步提出水质保护、生态保护目标,将近岸海域环境功能区划作为全国近岸海域生态环境目标空间管理的依据.在此基础上,提出提升近岸海域环境功能区的法律地位、构建科学合理的近岸海域环境功能区分类体系、基于生态系统管理理念制定海洋环境保护目标、严格功能区划调整程序、完善近岸海域环境功能区监管制度等对策建议,为完善近岸海域环境功能区划制度提供借鉴.      

香溪河流域水生态系统健康评价

随着人们环境保护意识的增强,河湖生态保护与修复成为社会关注的热点问题,科学的生态健康诊断则是有效进行河湖治理的前提.香溪河作为三峡水库典型支流,探究其水生态系统健康对于长江生态保护具有十分重要的意义.通过收集整理香溪河干支流的生物与生境数据,构建了涵盖水环境、水生生物、物理栖息地三方面共16项指标的水生态系统健康评价指标体系,综合运用专家判断法和熵权法确定评价因子权重,采用河流健康指数（RHI）表征香溪河流域水生态系统健康状况.结果表明:①2017年三峡水库蓄水期香溪河流域水生态系统整体健康水平为良好,优和良等级占比分别为12.5%和79.2%.②健康状况呈现出支流优于干流、非回水区优于回水区的空间分布特点,具体表现为支流南阳河>支流古夫河>支流高岚河>香溪河干流.干流水环境问题相对突出,而支流的河流连通性相对较差.③库湾健康状况的年内变化特征为冬季最好,春秋季次之,夏季最差.研究显示,该评价体系能准确地评估香溪河流域水生态健康状况,同时需重视三峡水库支流库湾的水环境治理.      

基于Realizable k－ε 湍流模型的氨气泄漏数值模拟研究

针对液氨泄漏事故,为了分析不同泄漏点、不同排风条件下氨气的运移规律,以便合理设置应急处置装备、采取有效措施,基于Realizable k－ε的氨气泄漏有限元数值模拟分析方法,计算了液氨泄漏质量,模拟分析了增加排风口、不同液氨泄漏口及不同液氨泄漏量的氨气扩散规律及浓度变化情况。模拟结果表明:对流排风口位置对于泄漏氨气浓度影响较大,泄漏口位置对泄漏氨气扩散影响不显著;氨气泄漏量的增加使得泄漏口垂直方向氨气浓度显著增加。     

弯管与盲通管冲蚀磨损对比分析研究

为了研究石油管道流向急剧改变处的冲蚀磨损问题,采用DPM模型,通过改变入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径,对90°弯管与盲通管的流场分布及冲蚀情况进行数值模拟。结果表明:弯管与盲通管最大冲蚀速率随入口流速的增大呈指数增长,随颗粒质量流速的增大呈线性增长;在50~100 μm粒径范围内,最大冲蚀速率随粒径的增加逐渐减小,在100~300 μm粒径范围内,随粒径的增加而增大;在入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径相同的条件下,弯管最大冲蚀速率明显高于盲通管最大冲蚀速率,盲通管的耐蚀性更强;由于流体在盲通管产生涡旋现象,增加了颗粒能量的耗散,从而减小了进入下游管线颗粒的速率,使得颗粒更易积存于盲通段形成堆积层,减小了下游管段冲蚀速率。     

螺旋侧板对立管水动力影响的数值模拟研究

针对附有三板式螺旋侧板的立管水动力影响问题展开三维数值模拟研究,采用CFD大涡模拟方法,对不同的螺旋侧板高度h和螺距P在雷诺数分别为3 900,10 000和20 000条件下进行模拟分析,得到立管后方阻力系数CD、升力系数CrmsL、斯特劳哈尔数St及其频谱等特性。模拟结果表明:螺旋侧板对立管升力和阻力有明显的抑制效果,升力系数均方根值CrmsL较光滑立管降幅最大达到95.8%,但随着螺旋高度h的增加,会引起立管的阻力增加,螺旋高度h为0.1D～0.2D（D为立管直径）时的抑制效果较好,并且h为0.1D时的抑制效果最为理想;CD值和CrmsL值均随螺距P的增大而增大并保持在较低值范围,两者均在P=12.5D附近出现了随螺距P的增大而减小的现象,侧板螺距P在取值为5D～17.5D范围内的选择对立管的升力和阻力抑制效果较好。     

基于改进遗传-单纯形混合算法的危险气体泄漏溯源分析

当发生危险气体泄漏时,确定其泄漏位置和泄漏源强,是制定应急方案的基础和依据之一。当无法直接确定泄漏位置、测量泄漏源强时,就需要通过有限的几个监测点,反演出可能的泄漏位置和泄漏源强,现有方法存在收敛过慢、初值敏感、参数过多等问题。描述一种结合改进遗传算法和单纯形法的IGA-NM混合算法,可用于快速反算气体泄漏的位置和源强。IGA-NM混合算法既避免了GA的收敛过慢,又避免了NM初值敏感,兼顾了全局优化。与GA、NM相比,IGA-NM混合算法的计算速度更快,计算误差更小。最后,应用IGA-NM混合算法,基于WebGIS设计了一套计算气体泄漏源强和位置的计算机程序,简化了输入参数,使用方便,可适用于气体泄漏应急监测、大气污染源溯源反查等场合     

地铁隧道施工安全风险演化的BP-SD模型研究

为深入研究地铁隧道施工风险的动态演化过程,结合系统动力学(SD)、误差反向传播(BP)神经网络与平均影响值（MIV）算法,确定模型中影响因素间的因果关系和影响函数,构建地铁隧道施工风险演化的BP-SD模型。模型仿真结果表明:安全管理风险系统与施工人员风险系统的值的变化对地铁隧道施工风险值影响最大,施工环境系统的值的变化对地铁隧道施工风险值影响次之,机械设备系统的值的变化对地铁隧道施工风险值影响最小。因此,可通过降低安全管理风险值与施工人员风险值控制地铁隧道施工风险发生的概率。     

基于Global-Malmquist-Luenberger指数的沿海地带陆海统筹发展水平测度及区域差异分析

沿海地区是陆海统筹发展的区域载体,基于沿海省市的陆海复合系统进行陆海统筹发展的区域评估对海洋强国建设的理论与实践具有重要意义。论文以陆海复合经济地域系统为前提,将沿海城市形成的区域作为沿海地带,基于各沿海城市的集合作为省级沿海地带进行比较分析,建立包括经济、社会、生态以及环境4个维度指标体系,在考虑“非期望”产出的情况下运用Global-Malmquist-Luenberger（GML）指数测算沿海地带陆海统筹发展水平并进行区域差异分析。结果表明：第一,总体上,沿海地带陆海统筹发展水平全要素生产增长率大多处于无效率状态,且不考虑非期望产出明显高估了全要素生产增长率的增长;时间上,陆域、海洋以及陆海综合GML指数的变动趋于一致,呈平稳的态势;效率分解,陆海统筹发展水平全要素生产率下降明显是由规模效率变动和技术规模变动的下降所影响。第二,沿海地带正经历从“重陆轻海”到逐步实现陆海统筹发展的过程;对沿海地带陆海统筹发展水平空间差异进行分类,浙江、福建及河北属于陆域效率驱动型,环渤海地区（除河北外）、江苏、广西和海南属于海洋效率驱动型,上海和广东属于陆海效率复合型;区域差异形成的原因主要有产业结构差异、海洋产业技术门槛、海洋资源承载力以及政府政策。     

中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响——以呼和浩特-包头-鄂尔多斯城市群地区为例

理解中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响对提高干燥地人类福祉和实现区域可持续发展具有重要的意义。为此,论文以正在经历快速城市化的呼和浩特-包头-鄂尔多斯（呼包鄂）地区为例,从区域、城市和旗县3个尺度上揭示了该地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。首先,量化了呼包鄂地区1990年的生境质量、粮食生产、肉类生产和碳储量4种关键生态系统服务。然后,分析了1990—2013年呼包鄂地区的城市扩展过程。最后,在区域、城市和旗县3个尺度上评价了呼包鄂地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。结果显示,1990—2013年,呼包鄂地区经历了快速的城市扩展过程,城市用地面积从314.22 km²增加到692.10 km²,增长了1.2倍。区域城市扩展过程导致4种生态系统服务均明显下降。其中,粮食生产服务损失最严重,损失量达1.36×10⁴ t,约占1990年全区粮食生产总量的1%。边缘型和飞地型城市扩展对生态系统服务的影响最明显。1990—2013年,边缘型城市扩展导致的粮食生产、肉类生产和碳储量损失量占区域城市扩展过程中各项服务损失总量的比例均超过60%,飞地型城市扩展造成的肉类生产服务损失量大于区域城市扩展过程中该服务损失总量的1/3。边缘型和飞地型城市扩展过程导致的耕地和草地大量减少是造成生态系统服务快速下降的主要原因。因此,建议在呼包鄂地区的城市化进程中应提高城市用地利用率,控制边缘型和飞地型城市扩展,以减少城市扩展过程对生态系统服务的影响。