软弱基底排土场变形破坏治理措施研究

针对软弱基底露天矿排土场普遍存在的变形破坏问题,结合胜利东二露天矿南排土场南帮边坡的工程实际,基于极限平衡理论,给出了通过探槽及滑坡变形反分析综合确定基底赋存条件及抗剪强度指标的方法;提出了对软弱基底排土场的变形治理措施;根据已有监测数据,对南帮边坡治理效果进行了评价。结果表明:在实施削坡减载措施后,各地表监测点的累计位移趋于平缓,边坡治理措施效果明显,解决了胜利东二露天矿迫切的安全问题,为同样具有软弱基底的其他露天矿排土场变形及破坏治理提供了指导。     

FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为研究

通过FRP约束钢筋混凝土柱的单向和往复轴压试验,研究了外包FRP的断裂应变、刚度、以及加载方式对钢筋屈曲性能的影响。采用了两种不同的纤维材料:CFRP和PET FRP,二者具有不同的断裂应变(CFRP1.5%;PET FRP5%)。在试验分析的基础上,发展了考虑FRP侧向约束作用的弹性地基梁模型,该模型能够较好地分析FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为。基于弹性地基梁模型和试验数据,提出了考虑FRP侧向约束作用的钢筋屈曲经验模型。并将该模型通过二次开发的方法写入OpenSees数值分析平台,对FRP约束RC柱的往复轴压行为进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好。研究成果可为精确分析FRP约束钢筋混凝土结构的抗震性能提供有力的工具。     

Inverse uncertainty characteristics of pollution source identification for river chemical spill incidents by stochastic analysis

Identifying source information after river chemical spill occurrences is critical for emergency responses. However, the inverse uncertainty characteristics of this kind of pollution source inversion problem have not yet been clearly elucidated. To fill this gap, stochastic analysis approaches, including a regional sensitivity analysis method, identifiability plot and perturbation methods, were employed to conduct an empirical investigation on generic inverse uncertainty characteristics under a well-accepted uncertainty analysis framework. Case studies based on field tracer experiments and synthetic numerical tracer experiments revealed several new rules. For example, the release load can be most easily inverted, and the source location is responsible for the largest uncertainty among the source parameters. The diffusion and convection processes are more sensitive than the dilution and pollutant attenuation processes to the optimization of objective functions in terms of structural uncertainty. The differences among the different objective functions are smaller for instantaneous release than for continuous release cases. Small monitoring errors affect the inversion results only slightly, which can be ignored in practice. Interestingly, the estimated values of the release location and time negatively deviate from the real values, and the extent is positively correlated with the relative size of the mixing zone to the objective river reach. These new findings improve decision making in emergency responses to sudden water pollution and guide the monitoring network design.

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超低排放下燃煤电厂氨排放特征

燃煤电厂采用SCR(选择性催化还原)脱硝过程消耗大量的氨,同时存在氨逃逸和氨排放问题.为了掌握超低排放燃煤机组的氨排放程度、脱硝氨逃逸情况以及各环保设施对氨的协同脱除能力,为燃煤电厂氨减排政策制定和氨减排技术研发提供支持.在京津冀大气污染传输通道城市中选取11个城市中的14台机组,采用例如DL/T 260—2012《燃煤电厂烟含脱硝装置性能验收试验规范》的标准方法用稀硫酸吸收烟气中的氨再结合分光光度测试方法,对环保设施多个位置的烟气中氨进行浓度测试.结果表明:①氨排放浓度介于0.05~3.27 mg/m3之间,平均约0.95 mg/m3,通过烟气排入大气中氨的浓度不高;②测试的14台机组中有7台机组(约50%)脱硝氨逃逸值高于设计值(2.28 mg/m3),说明脱硝氨逃逸超过设计值呈普遍现象,个别电厂脱硝氨逃逸严重,氨逃逸亟待解决;③环保设施对逃逸氨具有较好的协同脱除能力,平均脱除率约为64.86%.建议对于SCR脱硝氨逃逸严重的机组,对SCR出口烟道截面氮氧化物(NO_x)实施网格式测试,在此基础上实施精细化精准喷氨、优化流场、提高SCR脱硝运行水平(或采用专业化运维),从源头上减少氨耗量,降低系统能耗和氨排放.      

基于小波分解及遗传BPNN耦合模型的地表水As浓度预测研究

随着工业的快速发展,水体中污染物超标事件时有发生,造成了较严重的水环境污染问题.水环境监测与预报是环境科学研究的重要内容.为了实现地表水砷（As）污染的准确预报,本研究提出小波分解、遗传算法与BP人工神经网络的耦合建模方法,并结合某河流监测站1998—2016年共19年的地表水质监测数据,通过皮尔逊相关系数和信息指标评价法对模型输入变量进行筛选,最后对比分析了在不同水质参数输入情况下BP人工神经网络（BPNN）、遗传算法改进的BPNN（GABP）、小波-遗传BPNN耦合模型（W-GABP）对后6年（2011—2016年） As浓度预测结果的均方根误差（RMSE）、决定系数（R²）、平均绝对百分比误差（MAPE）,以确立最优模型.结果表明：①多水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为17.51%、15.98%、14.46%,单水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为18.78%、16.74%、7.83%;②小波分解数据前处理及遗传算法均能较大程度地提高预测模型的精度;③对于地表水水质预报,需对比不同模型在不同输入变量下的预测结果,以获得最佳的预测精度.单水质参数输入的W-GABP耦合模型能较准确地预报地表水As浓度的变化情况,对数据缺乏地区水质监控和地表水As污染防治具有重要意义.     

青藏高原不同草地利用方式产生的原因及其对社会-生态系统的影响研究进展

20世纪90年代,青藏高原地区开始推行草地承包到户制度,但因种种原因,草地承包落实并不彻底,出现了单户利用和联户利用共存的局面。两种利用方式产生的原因及各自对社会-生态系统的影响引起了学术界的高度关注,已有众多研究人员对此问题进行了深入研究。论文通过对国内外相关文献的分析和总结,对这一研究领域中所取得的主要进展进行了回顾,并凝练出其中存在的主要问题,如对单户利用正面影响和对联户利用负面影响的认识不足等。在此基础上,有针对性地指出了未来研究应予以加强的几个方面,尤其需加强单户和联户利用的实证对比研究。     

坡度和植被盖度对河岸坡面侵蚀产沙特征的影响

坡度和植被盖度是影响坡面土壤侵蚀的重要因子,探讨坡面土壤侵蚀产沙对坡度和植被盖度的响应,对坡面土壤侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。研究基于野外模拟径流冲刷试验,分析了不同坡度（5°、10°、15°、20°）和植被盖度（0、15%、30%）条件下坡面径流系数、泥沙量、时段径流含沙量和侵蚀泥沙粒径组成的变化过程,并运用双因素方差分析和相对贡献指数阐明黄河下游河岸坡面侵蚀产沙特征对坡度和植被盖度交互作用的响应。结果表明：不同植被盖度下坡面径流系数随冲刷历时增加而增加,在冲刷历时前5 min增幅较快,之后增幅变慢并趋于平缓;坡面径流含沙量随冲刷历时呈逐渐下降趋势,随后趋于平缓。坡度小于15°时,不同植被盖度之间的径流系数和时段径流含沙量差异较为明显,坡度大于15°后差异减小。侵蚀产生的泥沙量随冲刷历时和坡度的增加而增加;在同一坡度上,植被覆盖越低,侵蚀产生泥沙量越大。侵蚀泥沙的主要富集粒级中,Dx(10)以粉粒为主,Dx(50)以粗粉粒和极细砂粒为主,Dx(90)以极细砂粒和细砂粒为主。双因素方差分析表明,坡度对河岸坡面侵蚀产生的径流系数、产沙量和径流含沙量均有极显著影响（P<0.001）,植被盖度对产沙量和径流系数有极显著影响（P<0.001）,而坡度和植被盖度的交互作用仅对径流系数有显著影响（P<0.01）,同时相对贡献指数表明,在坡度和植被盖度对坡面侵蚀产沙的交互作用中,植被盖度的作用随坡度的增加逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,并成为影响坡面水土流失的主导因素。     

河水-地下水交互带沉积物中抗生素和代谢产物提取方法优化及其分布特征

河水-地下水交互带是污染物发生富集、降解和转化等生物地球化学过程的重要场所.抗生素作为一类广泛关注的有机污染物,探索其在交互带中的分布特征对认识特殊生境下污染物迁移转化过程具有重要意义.由于交互带氧化还原条件变化敏感,沉积物组成特殊,建立了一种有效提取交互带中22种抗生素及4种磺胺类代谢产物的前处理方法,并对样品初始状态、提取温度、提取液pH值以及有机提取溶剂进行了优化.同时对汉江下游河水-地下水交互带沉积物中的抗生素含量进行分析,结果表明,采用pH=3的乙腈/乙二胺四乙酸二钠（Na₂EDTA）-Mcllvaine缓冲液（1 ：1,体积比）对未经氧化的沉积物原样在40℃条件下进行3次微波提取,目标抗生素的回收效果最好.汉江下游交互带沉积物中共检出11种抗生素,其中以土霉素（OTC）和氧氟沙星（OFL）为主,最高检出含量分别为6.77 ng ·g^-1和5.81 ng ·g^-1.不同交互剖面中抗生素含量的垂向分布差异较大,主要与沉积物岩性、抗生素理化性质和地表水-地下水交互作用等影响因素有关.     

武汉集中式饮用水源地土壤重金属的时空分布特征及生态风险评价

研究了武汉市19个集中式饮用水源地土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的时空分布特征,采用单因子污染指数和综合污染指数分析重金属污染程度,利用潜在生态风险指数评价重金属生态风险,通过相关性和聚类分析重金属的来源.结果表明,武汉市中心城区水源地土壤重金属的含量普遍高于远城区,同时长江干流附近的水源地土壤重金属含量普遍高于长江支流.Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn的单项潜在生态风险指数平均值均小于40,属于轻微风险程度.Cd的单项潜在生态风险指数平均值在80~160范围内,属于强度风险程度.武汉集中式饮用水源地土壤重金属的综合潜在生态风险指数平均值为142.12,属于轻微风险水平.相关性分析表明,武汉集中式水源地土壤重金属Cu、Pb和Cr来源相似,均与交通有关;Ni、As、Cr和Cu来源相似,均与冶金生产有关;Zn、Hg和Cr来源相似,均与防腐和催化化工有关.武汉白沙洲水厂和堤角水厂周边土壤长期定点监测表明,2017年后武汉集中式水源地土壤各种重金属含量均呈现显著下降趋势,其生态风险在未来将进一步降低.     

基于高光谱的土壤全氮含量估测

基于高光谱(350~2 500 nm)数据,研究了我国中、东部地区5种主要类型土壤全氮含量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了基于偏最小二乘法(PLS)、BP神经网络(BPNN)和特征光谱指数的土壤全氮含量估算模型。结果表明,以500~900 nm、1 350~1 490 nm区域波段反射率经Norris滤波平滑后的一阶导数光谱为基础,构建的基于PLS和BPNN的土壤全氮含量估算模型精度较高,建模决定系数分别为0.81和0.98;独立观测资料检验结果显示,模型预测决定系数分别为0.81和0.93,均方根误差RMSE为0.219 g·kg^-1和0.149 g·kg^-1,相对分析误差RPD为2.28和3.36,说明PLS和BPNN模型对土壤全氮含量具有较高的预测精度。在光谱指数的分析中,基于近红外872 nm和1 482 nm 两个波段的差值光谱指数DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)对土壤全氮含量最敏感,建模决定系数、预测决定系数、RMSE和RPD分别为0.66、0.53、0.31 g·kg^-1和1.60。比较而言,三种方法估算土壤氮含量的精度顺序为BPNN模型＞PLS＞DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂),基于PLS和BPNN两种方法建立的土壤全氮含量高光谱估测模型具有较高的精度,可以用来精确估算土壤全氮含量;基于两波段构建的DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)预测效果低于前两者,但也可以用来粗略估测土壤中的全氮含量。