基于多目标优化与综合评价的海绵城市规划设计

海绵城市源头减排设施已被广泛应用于城市雨水径流削减与污染控制,但仍缺乏一种综合评价方法来实现其科学规划设计.本研究构建了一种基于多目标优化与综合评价相耦合的海绵城市规划设计方法,以建设成本、雨水综合径流系数、污染物综合控制率为目标函数,以源头减排设施建设规模和海绵城市径流控制指标作为边界条件,建立基于快速分类的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化模型;然后结合层次分析法对优化解集进行综合指标评价,得出最优化设计方案.利用该方法以研究区A为案例,构建了一套建设成本最小化、水文水质效益最大化的设计方案,并通过海绵城市建设前后的暴雨洪水管理模型（SWMM）,评估最优化方案的降雨径流控制与径流污染控制效果.研究结果表明,海绵城市建设能大幅削减雨水径流量,年径流总量控制率达70.1%;雨水峰值流量削减率超过40%,同时延后径流峰值出现时间;有效降低雨水径流污染,研究区各类污染物综合削减率均超过30%.本文提出的多目标优化与综合评价方法,能够基于特定的目标与需求,针对性提出适合区域发展的海绵建设方案,为海绵城市规划设计提供技术支持.     

秸秆与化肥减量配施对菜地土壤温室气体排放的影响

采用静态箱/气相色谱法,2016年11月至2017年9月通过田间原位试验,设置了无物料还田(CK)、常规化肥(F)、秸秆还田配施100%化肥(100FS)、秸秆还田配施70%化肥(70FS)、秸秆还田配施60%化肥(60FS)、秸秆还田配施50%化肥(50FS),对比分析了在化肥减量的基础上,配施秸秆处理的菜地(莴笋-卷心菜-辣椒轮作)土壤CO_2、CH_4、N_2O动态变化特征及温室效应,研究秸秆与化肥减量配施对菜地温室气体排放的影响.结果表明,土壤CO_2、CH_4、N_2O排放具有一定的季节变化规律,排放高峰主要集中在4~8月,且在施肥灌水后均会出现气体的排放峰.秸秆与化肥配施较常规施肥(F)处理提高了土壤N_2O排放量,累积排放量及其排放系数,其中100FS处理的效果最为明显,辣椒季的累积排放通量明显高于莴笋季和卷心菜季,高达60.76 kg·hm~(-2)(P0.05),N_2O的排放系数(以N_2O-N/N计)为0.138 kg·kg-1,而秸秆与化肥减量配施较100FS处理可以降低氮肥的N_2O排放系数.与对照CK和F处理相比,70FS处理降低了土壤CO_2排放量和累积排放量,分别为55.28~1 831.62 mg·(m2·h)-1和7 502.13~25 988.55 kg·hm~(-2),而其他秸秆与化肥配施处理均增加了CO_2累积排放通量,尤其是60FS和50FS处理.对土壤CH_4排放而言,辣椒季的排放波动较大,除CK外,各处理的土壤CH_4累积排放量多为负值,表现为大气中CH_4汇;秸秆与化肥减量30%~50%配施处理均降低了辣椒季的土壤CH_4排放量和累积排放通量,而100FS处理提高了CH_4排放量和累积排放通量.与CK和F处理相比,除70FS外,100FS、60FS和50FS均显著提高了GWP.总体上,从温室气体排放角度,在常规化肥施用的基础上减量30%再与秸秆配施可以降低土壤CO_2和CH_4排放,缓解温室气体的增温潜势,而对土壤N_2O减排效果不显著.     

温度与循环热冲击对聚酰亚胺涂层耐蚀性影响

目的研究聚酰亚胺涂层对N80钢的防腐性能和耐热冲击性能。方法采用静电粉末喷涂在N80钢表面获得一种聚酰亚胺防腐涂层,通过高温浸泡实验评价涂层在不同温度下、不同腐蚀介质中的耐蚀性能,通过循环热冲击实验评价涂层的耐热冲击性能,通过扫描电子显微镜(SEM)观察实验前后涂层的表面微观形貌。结果热重分析(TGA)表明,聚酰亚胺涂层的热分解温度(t_(d5))为518℃。电化学交流阻抗测试结果和SEM形貌观测表明,腐蚀介质温度越高,耐蚀性能下降越快,涂层在3.5%Na Cl溶液的耐蚀性能比在25%HCl溶液中更好。涂层在经过不同温度的循环热冲击之后,表面无破损。结论聚酰亚胺涂层具有优异的耐热冲击性能,温度和腐蚀介质对涂层的耐蚀性能有重要影响。     

基于格网的河西绿洲乡村聚落时空演变及其与水土资源的空间耦合关系

基于1 km×1 km格网,论文综合运用景观指数、分散度、核密度、空间耦合关联等方法,研究河西走廊山丹县1998—2015年乡村聚落景观格局分异及时空演变特征,探讨绿洲乡村聚落与水土资源的空间耦合关系,结果表明：1）乡村聚落用地总面积扩张较快、空间分散化趋势明显,斑块数和斑块密度增大、平均斑块面积减小,乡村聚落景观指数在1998—2008年间相比2008—2015年间变化剧烈,后期逐渐趋于稳定;2）3个年份乡村聚落核密度空间分布格局基本一致,主干道路、渠系等线状地物沿线密集,外围区域稀疏,并以线状地物为中心向外呈阶梯状递减;3）1998—2008年乡村聚落分散度呈增加趋势,2008年后趋于稳定,乡村聚落空间分布由相对集中走向零星分散,聚落“散、空、乱”现象普遍;4）乡村聚落与耕地和渠系空间分布关系密切,存在显著的“耕地指向性”和“渠系指向性”;K指数1998年以“人多地少型”为主,2008和2015年转向“人少地多型”和“人地协调型”;L指数总体表现为“渠系偏多型”和“聚落-渠系协调型”。水土资源是约束和限制绿洲人口和聚落存在和发展的主要因素,人-水-土系统存在着高度的相互依存性和共生性。     

三峡工程运行对洞庭湖水环境及富营养化风险影响评述

洞庭湖的江湖关系受自然因素及人为因素影响,其江湖关系的变化影响洞庭湖水文、水质、水环境容量和营养状态.近年来洞庭湖的富营养化指数不断升高,但水环境变化及富营养化风险变化的原因错综复杂,如何区分三峡工程运行等人类活动和气候变化等自然因素对洞庭湖水环境、富营养化风险的影响是洞庭湖江湖关系研究的难点.根据近年来洞庭湖江湖关系、水环境或富营养化水平的相关研究,对洞庭湖由于三峡工程运行导致的江湖关系变化,以及该变化对洞庭湖水环境、富营养化风险的影响的研究进展进行系统梳理、分析、总结和评述.现阶段研究得出,三峡工程运行导致的江湖关系变化影响洞庭湖不同时段的水环境容量,在一定程度上改善了枯水期和泄水期洞庭湖水质;三峡工程运行后洞庭湖水体中的ρ（TP）有所降低,但洞庭湖湖体ρ（TN）、ρ（TP）仍相对较高,已能够满足藻类生长的需求,水华发生的制约条件是水体透明度和水流流速;江湖关系变化后洞庭湖富营养化风险增大的时段是蓄水期,其他时段富营养化风险减小;流速较低的东洞庭湖湖滩区、蓄水期流速降低明显的南洞庭湖滩区水华发生的风险增大,为水华发生的敏感区域.大型枢纽工程对通江湖泊污染物迁移转化影响的机理分析、对通江湖泊水环境影响的模拟及相关参数研究、对湖泊水环境及富营养化风险的长期影响等方面的研究还有待进一步完善.      

火焰撞击受限顶棚条件下顶棚最高温度数值模拟研究

顶棚下方最高温度是隧道火灾发展蔓延时的重要参数。针对火焰撞击顶棚并受到顶棚侧墙限制的强羽流驱动的顶棚射流,利用FDS模拟了18种缩尺寸隧道火灾工况,研究了顶棚下方最高温度随着火源功率、火源与顶棚距离的变化规律。结果表明:火焰撞击区域附近顶棚下方温度随着火源功率的增大而降低,随火源与顶棚距离的增大而升高;相反,在远离火源区域顶棚下方的温度随火源功率增大而升高,随火源与顶棚距离增大而降低;同时,通过分析隧道中心面上顶棚下方温度分布规律,提出了火焰撞击受限顶棚时顶棚下方最高温升的预测模型,研究结果能为实际的隧道消防提供一些参考。     

铬-菲复合污染土壤的电动修复效果

为了解决常规电动修复方法对土壤重金属-有机物复合污染去除效率低的问题,采用向电解液中添加表面活性剂以及控制阴极电解液为酸性的电动强化修复技术,以Cr和菲为代表性污染物,研究电压和表面活性剂〔TritonX-100(曲拉通100)、SDBS(十二烷基苯磺酸钠)〕以及阴极电解液pH对修复效果的影响. 结果表明:Cr(Ⅵ)以阴离子团形式呈现向阳极迁移的趋势,菲呈现向阴极迁移的趋势;随着施加电压的升高,污染物去除率也会相应提高,当电压梯度升至1.0 V/cm时,Cr(T)、Cr(Ⅵ)、菲的去除率分别达到34.3%、76.9%、12.7%. 在电压梯度为1 V/cm的条件下,控制阴极电解液pH为4.00时,Cr(T)、Cr(Ⅵ)、菲的去除率分别升至45.1%、84.8%、23.1%;向电解液中添加表面活性剂后能提高污染物的去除率,其中,添加SDBS能够将Cr-菲复合污染土壤中Cr(T)、Cr(Ⅵ)的去除率由34.3%、76.9%升至39.9%、82.0%,添加TritonX-100能够将有机物菲的去除率由12.7%升至27.0%. 研究显示,修复处理后污染物浓度均有不同程度的降低,充分表明电动处理时提高修复电压、添加表面活性剂以及控制阴极电解液的酸碱性可以明显促进污染物在土壤中的迁移.      

施用生物质炭对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征影响

为研究玉米秸秆生物质炭施用后土壤腐殖质组成和土壤胡敏酸结构的变化,选择腐殖质组成修改法和国际腐殖质协会推荐的方法进行土壤腐殖质组分提取和HA样品纯化,采用重铬酸钾外加热法和TOC分析仪测定土壤、水溶性物质(WSS)、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(Hu)有机碳含量,采用元素组成和红外光谱分析HA的结构变化.研究结果表明:施入玉米秸秆生物质炭后,表层和亚表层土壤及其腐殖质组分有机碳含量均有不同程度的提高,表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量增加幅度较大,分别增加了83.61%、112.50%、89.63%、91.78%和89.82%,说明玉米秸秆生物质炭的施用更有助于表层土壤有机碳的积累;PQ值(HA在腐殖酸中的比例)略有增加;土壤HA的缩合程度和芳香性增强,氧化度降低.此外,施用玉米秸秆生物质炭后,土壤及其腐殖质组分有机碳含量随土层深度的增加而降低,与表层相比,亚表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量分别下降了62.84%、52.94%、62.38%、66.62%和61.61%;土壤PQ值略有降低;土壤HA的缩合程度和芳香性降低,氧化度增加.     

辽东湾海域生物体内石油烃污染状况

根据2013年8月对辽东湾海域拖网采集的127个生物体样品石油烃含量测试结果,结合历史调查数据,分析该海区生物体内石油烃含量水平、分布特征和变化趋势,评估生物体石油烃污染程度.结果表明:调查海区生物体内石油烃含量为2.76~41.81 mg·kg-1,平均为12.19mg·kg-1;整体石油烃含量具有软体腹足纲甲壳动物蟹类软体头足甲壳动物虾类鱼类,内脏组织高于肌肉组织的特点;生物体内石油烃含量与沉积物中石油烃含量存在显著相关性,与水体石油烃含量不存在明显相关性;年际变化趋势分析显示2012年软体类和甲壳类生物体石油烃含量高于2007年和2013年,表明调查海域2012年以前存在明显的石油烃输入;与国内其他海域相比,调查海域生物体石油烃含量较高.     

2,4,4'-三溴联苯醚的光降解研究

以固相微萃取(SPME)结合气相色谱(GC)、气相色谱-质谱联用(GC/MS)技术作为分析检测手段,研究光源、有机溶剂、无机盐与腐殖酸对BDE-28光降解的影响,实验结果表明,光源是影响其降解的主要因素,其次,丙酮、铜离子和腐殖酸对其降解的影响较显著.光源对BDE-28光降解速率的影响为300 W汞灯500 W金卤灯100 W汞灯500 W氙灯;有机溶剂对BDE-28降解速率的影响为甲醇/水(1∶1)甲醇己烷甲苯乙腈丙酮;无机离子的影响各有差别:K+、Na+、SO2-4、NO-3、Cl-对BDE-28降解影响不明显,而Fe3+、NH+4促进BDE-28的降解,Fe2+、Cu2+、Br-抑制BDE-28的降解;腐殖酸抑制BDE-28的降解.