基于边介数的省域生态廊道构建方法优化

我国城市建设和生态保护工作均对土地资源有大量需求,二者之间的矛盾在经济优先发展区表现尤为明显.为了有效地改善生态环境,管控土地利用并引导其变化发展,需要建设具备不可替代特征的省域生态廊道.最小累积阻力模型（minimum cumulative resistance,MCR）是识别生态廊道最常用、有效的模型,但在应用于省域尺度时,MCR模型识别的潜在廊道路由存在冗余的问题.因此,通过引入网络科学中的边介数指数（edge-betweenness）对MCR模型进行优化,计算潜在廊道路由的边介数指数值,选取出其中最为重要和简明的结构来连通生态源地,即提取潜在路由中的骨干路由（backbone route）和关键战略点（key strategic point）作为不可替代的结构来指导省域生态廊道建设.将优化后的MCR模型应用于广东省,构建了全长5 493 km的省域生态廊道,其中包含生态源地20处,关键战略点11个,骨干生态廊道29条.骨干路由与关键战略点构成的不可替代省域生态廊道（irreplaceable provincial corridor）能够实现"廊道数量和占地面积最少、连通性基本不变"的目标.研究显示,边介数能够对潜在路由进行优化筛选,识别出维护省域生态安全的关键结构;不可替代生态廊道能够指导省域生态规划和土地空间的发展利用,并为更高水平的生态安全环境提供了演进的基础;同时也为土地资源紧张的地区提供了建设生态廊道的参考与依据.      

基于野外原位抽注试验和同位素技术的含水层反硝化速率研究

反硝化作用是地下水硝酸盐污染去除最重要的过程.由于水文地质条件和水文地球化学环境的复杂性和不确定性,精准测定含水层反硝化速率是反硝化过程的研究难点.选取潮白河冲洪积扇中部中国环境科学研究院地下水创新野外基地作为研究区,基于野外原位试验和15N同位素示踪法提出一种含水层反硝化速率的测定方法.该方法综合体现了研究区实际水文地质条件和水文地球化学环境对反硝化作用的影响,并充分考虑了硝酸盐在含水层中稀释弥散作用对计算结果的影响.结果表明:①潮白河冲洪积扇中部某地地下26~28 m处于还原环境,含水介质以粉细砂为主,ρ（NO₃-N）平均值为2.77 mg/L.②地下26~28 m反硝化速率在349.52~562.99 μg/（kg·d）（以N计,下同）之间,平均值为450.31 μg/（kg·d）.通过与研究区含水介质、采样深度和硝酸盐背景值相似的国内外案例对比研究,初步评估结果处于合理区间.③测试结果具有一定不确定性,主要来自忽略中间产物NO₂-和NO的计算方法、扰动采样方法、N₂O的操作规范程度及采样频率等方面.研究方法为测定含水层硝酸盐速率研究提供了新的思路,研究结果可为地下水中硝酸盐转化过程机理研究、地下水硝酸盐污染修复及风险管控提供关键的理论支撑数据.      

武当山夏季颗粒物数浓度谱分布特征及气团来源影响研究

为研究大气边界层中上层大气颗粒物的数浓度谱分布特征及气团来源的影响,于2018年6月利用3080型SMPS粒径谱仪对武当山14.6~660 nm颗粒物数浓度谱进行观测,分析和探讨了其数浓度谱分布及日变化特征,并结合后向轨迹、潜在源贡献因子法（PSCF）与浓度权重轨迹分析法（CWT）探讨对武当山颗粒物数浓度影响较大的外源输送路径和贡献源区.结果表明:①武当山大气颗粒物主要以爱根模态为主,平均数浓度为2 500个/cm3,积聚模态、核膜态平均数浓度分别为2 265、359个/cm3,3种模态数浓度分别占总数浓度的48.79%、44.21%、7.01%.②在新粒子生成日,核膜态数浓度于10:00开始上升,11:00—17:00的核膜态数浓度相对较高,约2 000个/cm3.新粒子生成日ρ（SO₂）与ρ（O₃）的日变化趋势均与核模态数浓度较为相似,表明SO₂和O₃参与光化学反应后的产物（硫酸及有机物）有利于新粒子的生成与增长.新粒子生成日风速、温度均大于非新粒子生成日,但相对湿度较低.③在东部及局地气团影响下大气颗粒物主要以积聚模态为主,数浓度分别为2 311和2 596个/cm3;核模态、爱根模态数浓度在受西北气团影响时最大,数浓度分别为806和3 078个/cm3.④潜在源区分析表明,影响武当山积聚模态数浓度的主要源区为十堰市本地及襄阳市,二者贡献值在840个/cm3以上.研究显示,武当山颗粒物主要以爱根模态为主,颗粒物数浓度日变化主要受大气边界层发展及山谷风的影响,较高的ρ（SO₂）与ρ（O₃）以及高温、低湿及较大的风速均有利于新粒子的生成,周边城市的区域性传输对武当山颗粒物的影响较大.      

2006-2017年四川盆地MODIS气溶胶光学厚度时空变化特征

四川盆地地形复杂、气候特殊,是我国颗粒物污染高发地.为探究四川盆地气溶胶分布和周期变化特征,深入认识气溶胶污染特性及其气候效应,结合卫星遥感探测方法,利用2006-2017年MODIS C006 3 km AOD（气溶胶光学厚度）产品,分析了四川盆地AOD的时空特征.结果表明:①MODIS AOD（MODIS数据反演的气溶胶光学厚度）与太阳光度计CE318观测的AOD、ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）线性相关系数分别为0.78、0.77、0.75,表明MODIS C006 3 km AOD产品适用于四川盆地颗粒物污染研究.②四川盆地AOD平均值范围为0.1~1.3,其中,成都平原和四川盆地东南部地区是AOD高值（AOD值>1.0）中心,四川盆地周边高海拔区AOD均小于0.3.③2006-2017年AOD年均值范围为0~2.5,整体呈"倒N型"曲线下降,其峰值和谷值分别出现在2013年和2017年;2013年AOD大于1.0的区域占四川盆地的34.1%,是12 a中颗粒物污染最重的一年;2017年AOD小于0.3的面积占57.1%.④AOD季节性变化呈春季最大、夏季次之、秋季最小的特征.⑤AOD月变化呈"双峰型"波动特征,AOD月均值范围为0~2.5,其中,2-5月AOD月均值均大于0.7,8月AOD月均值为0.6,11-12月AOD月均值均小于0.5.研究显示,四川盆地颗粒物污染防治应以成都平原城市群和四川省南部城市群为主,应重点控制细颗粒物排放,合理安排工业企业的周期性生产强度.      

2015—2018年河南省辖海河流域水质改善效果评价

分别采用单因子评价法、综合污染指数评价法和模糊综合评价法对2015—2018年河南省辖海河流域的水质改善效果进行评价分析。结果表明:3种方法的评价结果基本一致,2015—2018年河南省辖海河流域整体水质呈现改善趋势。但各方法侧重点有所不同。单因子评价结果显示,海河流域21项污染因子Ⅰ—Ⅲ类数量占比由2015年的69.63%增加至2018年的89.52%,劣Ⅴ类占比由2015年的15.13%减少至2018年的0.85%;海河流域综合污染指数由2015年的0.89降低至2018年的0.56,水质级别由中度污染改善为轻度污染,其中卫河、共产主义渠、大沙河、安阳河、汤河、马颊河的水质状况均有一定改善;模糊评价结果显示,NH₃-N和TP在9项评价因子中权重占比较大,是河南省辖海河流域的主要污染因子;2018年8条河流均达到Ⅰ—Ⅲ类水质。前2种评价方法适用于管理分析,模糊评价法可补充说明河流存在的问题,更适用于研究工作。     

基于风险矩阵和五元减法集对势的湖泊水生态健康动态诊断评估

为判断湖泊水生态健康子系统发展趋势、诊断病态因子,引进了五元减法集对势,建立生态子系统与物理化学子系统的合成矩阵得到湖泊水生态健康状态,从而提出了基于风险矩阵和五元减法集对势的湖泊水生态健康动态诊断评估方法,并应用于安徽省瓦埠湖。结果表明:瓦埠湖水生态健康状态1980—2015年呈变差趋势,2012年为微病态,2015年略有好转。五元减法集对势识别出瓦埠湖水生态健康的病态因子主要有底栖动物、浮游动物、叶绿素、COD、TN、TP和透明度,为改善瓦埠湖水生态健康的重要指标。上述风险矩阵和五元减法集对势耦合的动态诊断评估方法可为湖泊水生态健康评估提供新的思路。     

转换电极的电动力强化植物修复高浓度砷污染土壤

电极转换下,以Capsicum annuum L.为对象探讨电动力强化的植物修复高浓度砷污染土壤效果。结果表明:对照组土壤pH降低,实验组升高。对照组土壤中砷浓度从（524.1±5.6） mg/kg降低为（500.5±8.3） mg/kg,实验组不同区域土壤砷浓度分别为（179.8±10.6）,（674.9±5.43）,（512.8±7.3） mg/kg。相较于对照组,实验组植物对砷的吸收量分别增加了-18.1%、282.8%和170.3%。对照组、实验组区域1、2、3的土壤和根际土壤砷浓度之比分别为2.62、0.64、1.48和1.26,电场增高了植物根系附近的砷浓度。对照组、实验组区域1、2、3土壤第5天的残渣态砷占比为55.64%、34.99%、39.06%和0%;对照组、实验组第5天阴极和第10天阴极附近土壤,结晶水铁铝氧化物结合态和残渣态砷占比为67.45%、0%和8.88%;体现了电场对土壤重金属形态的活化作用。实验组修复10 d的电耗成本为79.5元/m3,具备一定经济优势。     

京津冀城市群二氧化碳排放达峰研究

基于IPCC排放因子方法建立了2015—2019年京津冀城市群地级城市CO₂排放清单,基于经济增长与CO₂排放关系的脱钩系数法,得到京津冀城市群13个地级以上城市的脱钩情况,结合历史CO₂排放和脱钩情况提出的京津冀城市群达峰判别方法,对京津冀城市群地级以上城市CO₂排放达峰情况进行了判断。结果表明:近5年来,保定、张家口、秦皇岛、邢台、沧州、廊坊、衡水7市碳排放量暂未达到峰值状态;北京、天津、石家庄、承德、邯郸、唐山6个城市已经处于CO₂排放达峰状态。建议已经具备达峰条件的城市抓紧开展达峰行动方案,制定CO₂排放达峰目标。     

不同预处理方法对污泥厌氧发酵产酸效果的影响

预处理污泥厌氧发酵不仅可有效处理污泥,而且可产生挥发性脂肪酸（VFAs）,实现污泥资源化利用。通过批式试验,探究酸（pH为3、4）、碱（pH为10、11）和低温（70,90 ℃）预处理条件下污泥厌氧发酵产酸效能。研究发现,在不同预处理污泥厌氧发酵过程中,VFAs的积累主要发生在发酵前24h,产酸效果表现为pH=11 > 90 ℃ > pH=10 > 70 ℃ > pH=3 > pH=4 > 控制组,碱处理产酸有较明显优势,酸处理效果最差。乙酸为VFAs的主要成分,pH=11组的乙酸浓度最高达到1232.31 mg/L,为控制组的5.2倍。甲烷产量在厌氧发酵后期逐步上升。考虑到嗜酸产甲烷菌对VFAs的消耗以及经济性,选取24 h为最佳发酵时间。     

污水处理过程专家系统的结构特点与应用研究进展

综述了专家系统在污水处理领域的结构和特点、针对的工艺以及应用现状方面取得的研究成果。重点介绍了专家系统中知识的获取和表示、规则的建立以及与故障树和其他人工智能技术的结合情况,并对专家系统在污水处理工艺选择、运行控制以及故障诊断3个阶段的研究现状进行了细致分析。在此基础上,提出了尚需解决的问题以及进一步研究与发展的方向。