地下水渗流沉降的三维耦合模型及程序的研制

研制可合理模拟预测基坑降水过程中引起地面沉降的计算机程序,并提出最优化降水方案.基于三维全耦合数值模型,笔者开发了GWS软件.GWS软件是以比奥固结理论为基础,将土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化考虑进去,通过耦合地下水渗流场和土体应力场进行模拟预测基坑降水过程中渗流场及地面沉降的变化.以一个实际基坑降水工程为例,经GWS软件计算得出5口井联合抽水方案,后续工程证明此方案正确、可靠.以三维全耦合数值理论为基础的GWS软件,可以为基坑降水工程引起的地下水渗流场变化及地面沉降量提供可靠的预测.     

NaOH改性鱼骨粉材料对Cd(II)的吸附

以鱼骨粉（FBM）为原料,利用NaOH处理制备高性能改性鱼骨粉材料（FBM_T）,通过比表面积仪（BET）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、扫描电镜-光电子能谱（SEM-EDS）、透射电镜（TEM）等手段对吸附前后材料形貌、孔结构、功能基团进行表征分析.结果表明,与FBM相比,FBM_T出现一定数目中孔和大孔,具备了高孔容和平均孔径,分别增加68.57%和24.69%.FBM_T材料表面-OH、C=O和PO₄^3-等官能团含量增加,显示出一定的缓冲性能.FBM和FBM_T对Cd（Ⅱ）的吸附经历快速的分配和慢速的吸附两个阶段,符合准二级动力学模型,相关系数R²分别达到0.8635及0.9480.Langmuir模型较好地拟合FBM和FBM_T对Cd（Ⅱ）的等温吸附过程,对Cd（Ⅱ）饱和吸附量由改性前的9.28mg/g增至改性后的22.47mg/g,对应的吸附强度K_F值也随之增加.分离因子0 < R_L < 1表明Cd（Ⅱ）的去除过程为有利吸附.功能材料与Cd（Ⅱ）的作用机理主要包括阳离子专性吸附、静电吸附、离子交换、表面络合及沉淀作用.以上研究为鱼骨粉修复Cd污染提供一种经济有效的方法.     

低山丘陵县域生态系统服务价值的时空分异及影响因素分析—以江西德兴市为例

科学评估生态系统服务价值（ESV）并分析其时空分异特征和影响因素对保障区域生态安全具有重要意义。以典型低山丘陵地貌的德兴市为例,基于2000年、2007年、2013年以及2018年遥感影像数据,分析土地利用结构和动态变化,利用当量因子系数修正法评估ESV,采用空间自相关和热点分析方法描述ESV的时空分异特征,并运用地理探测器探析ESV空间分异的影响因素。结果表明：2000—2018年,德兴市土地利用类型以林地为主,占总面积的75%以上,建设用地面积增加最多（2 230.38 hm²）,林地面积减少最大（2 763.54 hm²）,未利用地面积变化最剧烈;德兴市ESV共减少了1.1亿元,总量变化比较稳定;从空间上看,ESV呈西北低、东南高的空间分布格局,且存在显著的空间集聚效应;研究期间,ESV显著变化区域占总面积的20%左右,局部地区ESV变化比较剧烈;ESV空间分布受到自然条件和人类活动的共同作用,双因子间交互作用的影响要高于单一因子,且影响因子的作用强度存在空间差异。德兴市未来发展中,应注重对林地、水域等生态用地的保护,盘活存量建设用地,提高国土资源的利用效率,优化城乡建设用地布局,同时针对不同区域特点,采取差异化、精准化的生态管控措施。

     

川西北长江黄河源区生态安全格局构建及优化

以生物多样性保护为出发点,聚焦生态环境脆弱、地灾频发的川西北地区,实现阿坝藏族羌族自治州（简称阿坝州）生态安全网络构建及优化。选取高程、坡度、土地覆被、植被覆盖度、地质灾害易发性、距水系距离、距建设用地距离为阻力面因子,加权叠加构建综合阻力面,基于电路理论、利用Linkage Mapper工具,构建阿坝州生态廊道,识别生态节点,进而优化阿坝州生态安全格局。结果表明：识别18处生态源地,面积为28553.83 km²,呈现南部和北部集中分布、东西部零星式分布格局;构建生态廊道39条,识别生态节点61个,其中夹点35个,障碍点26个,呈现中西部区域廊道长、东部廊道短的空间格局;规划核心生态源地8处、中枢生态源地4处、一般生态源地6处,一级生态廊道9条、二级生态廊道22条、三级生态廊道8条,一级生态节点17个、二级生态节点44个,实现生态源地和生态廊道科学分级;提出“两区、两带、三廊”的格局优化体系, 发展高质量旅游业、改善物种迁徙通道、连通河流廊道等措施可有效维护川西北黄河源区的生态安全格局。

     

基于量子加权最小门限单元网络的出水COD预测

出水化学需氧量（COD）的快速准确测量对于污水处理过程水质的动态调控至关重要。针对出水COD难以实时检测的问题,提出一种基于量子加权最小门限单元（QWMGU）神经网络的出水COD预测方法。先通过多维单步（滑动窗口）预测技术构建时间序列;然后在最小门限单元（MGU）遗忘门、候选状态与输出环节设计量子计算机制,通过更新量子相移门矩阵替代MGU权值矩阵的更新,赋予网络神经元量子特性,并给出QWMGU模型设计的具体规则与构建流程。应用该方法对德州市污水处理厂2020年出水COD进行预测,并与5种流行预测模型进行对比,以检验模型优越性。结果表明：QWMGU网络的相对预测误差优于其他方法,且稳定性较高,其均方根误差、确定系数、平均绝对误差分别为0.073、1、0.047。该模型有助于实现污水处理厂COD的高效在线检测。

     

环保型PRD钻开液的性能研究

针对大位移井和水平井储层段存在携带钻屑及起下钻困难等问题,研制了一种井眼清洁能力强的环保型PRD钻开液。该钻开液主要处理剂是极易生物降解的天然高分子聚合物。PRD钻开液的BOD₅/COD_Cr为0.42;溶解氧(DO)衰减法评价结果表明,PF-VIS及PF-FLO两种天然高分子聚合物易生物降解;PRD钻开液生物毒性检验结果符合一级海区生物毒性允许值要求;LSRV(低剪切速率黏度)高达60 000 mPa·s,携带及悬浮钻屑能力很强,不会形成岩屑床,岩心渗透率恢复值在90%以上,对储层伤害很小。该钻开液用在我国渤海、东海、南海西部、南海东部及新疆等油田,油气产量有较大提高。     

Pseudomonas sp. QJX-1的锰氧化特性研究

从锰矿土壤样品中分离、纯化出1株高效锰氧化细菌(QJX-1),经16S rDNA序列鉴定为Pseudomonas sp.QJX-1.研究表明,Pseudomonas sp.QJX-1含有锰氧化的必需成分多铜氧化酶基因CumA,当初始Mn2+为5.05 mg·L-1,菌密度D600为0.020时,该菌可在48 h内将Mn2+转化,且转化率高达99.4%.在寡营养条件下该菌锰氧化速率较富营养条件下有显著提高;添加石英砂滤料促使生物膜的快速形成,进而促进Mn2+的生物转化.根据研究结果推测地下水处理过程中生物锰氧化速率较快.     

基于阻力系数法的铁路隧道活塞风速计算理论对比∗

活塞风对铁路隧道通风及隧道环境控制(热害和冻害)影响重大,可靠地计算活塞风速大小是解决有关活塞风安全问题的关键。首先修正了《规范》中活塞风作用系数的计算方法,其次对比分析了不同活塞风作用系数计算方法,最后基于数值模拟及现场测试结果,对比测试值、模拟值、不同理论计算值之间的差异。结果表明：定值法与 《规范》法的计算结果相近,且这 2 种计算方法得到的活塞风速要远高于其他的计算方法。隧道断面对定值法和《规范》法的计算结果影响不大,但对《规范》修正法影响显著。《规范》修正法及依杰里奇克法得到的计算结果均高于数值模拟及测试结果,依杰里奇克法误差较小(最大不超过 33%),而《规范》修正法的最大误差高达 65%。     

镉和温度预暴露对小麦吸收镉的影响（Uptake of Cadmium by Wheat（Triticum aestivum） as Affected by Pre-Exposure to Cadmium and Temperature）

土壤中重金属Cd污染是一个累积过程,污染历史会影响植物对土壤中Cd的吸收. 近年来,随着全球气候的变暖,温度对Cd的生物有效性的影响日益引起关注. 通过模拟土壤溶液,研究了Cd的浓度、温度和预暴露时间对小麦吸收Cd的影响. 小麦在浓度为0.01和0.1μmol·L-1的Cd中经过不同时间的预暴露后进行6h的短期吸收实验. 结果发现,经1d预暴露后,小麦根部吸收Cd的量有增加趋势,这说明Cd对小麦产生了刺激作用,小麦地上部分的含Cd量也有所增加但不显著. 经5d预暴露后,小麦对Cd产生了抗性,这使得小麦根部降低了对Cd的吸收量;并且当Cd为0.1μmol·L-1时,根部Cd吸收量的降低最为明显;由于Cd从根部向地上部迁移是一个复杂的生理过程,预暴露对地上部分Cd含量的影响没有根具有规律性;经过37℃高温胁迫4h后,小麦根部及地上部分的Cd含量减少高达40%;预暴露和高温共同作用后,其减少量更多,这说明预暴露和高温共同作用能够减少小麦对Cd的吸收量.     

长江中下游浅水湖泊紫外辐射的衰减

基于对长江中下游22个浅水湖泊有色可溶性有机物吸收的测量,运用经验模式估算了紫外辐射(UV-B、UV-A)在长江中下游湖泊的衰减及对应的穿透深度,并利用在武汉东湖实测的紫外辐射衰减进行了检验.结果表明,UV-B波段的320nm和UV-A波段的380nm衰减系数变化范围分别为2.05～21.00m^-1,1.07～12.85m^-1,对应的1%穿透深度分别为0.22～2.25m,0.36～4.29m.估算得到的紫外辐射衰减系数与DOC浓度均存在显著性正相关,但UV-B波段要高于UV-A波段.武汉东湖实测的紫外辐射衰减检验发现,基于CDOM吸收系数估算UV-B辐射衰减较为精确,而由于浮游植物吸收和悬浮物散射等影响对UV-A波段估算精度则明显下降.