基于MCMC法的水质模型参数不确定性研究

参数识别是数学模型应用的前提.鉴于常用贝叶斯离散化方法在搜索复杂模型参数后验分布时的计算限制的原因,本文引入了MCMC采样法.为考察MCMC法对参数后验分布的搜索性能和效率,进行了2个案例研究.结果表明,MCMC法对参数后验分布的搜索,无论是搜索性能还是搜索效率,均表现出了独特的优越性.同时,Gelman收敛判别准则计算表明,MCMC采样序列均能稳定收敛到参数的后验分布上.可见,MCMC法适用于复杂环境模型的参数识别和不确定分析研究.     

Isolates identification and characteristics of microorganisms in biotrickling filter and biofilter system treating H2S and NH3

A combination system of biotrickling filter （BTF） and biofilter （BF）, adopting surfactant-modified clinoptilolite and surfactant- modified wood chip as the media respectively, was applied to treat H2S and NH3 simultaneously. The identification and sole carbon sources utilization patterns of isolates in the combination system were studied by Biolog system. The isolates were identified as Bacillus sphaericus, Geobacillus themoglucosidasius （55℃） and Micrococcus luteus （ATCC 9341） in BTF, and Aspergillus sydowii （Bainier ＆ Sartory） Thom＆ Church in BE Among 95 substrate classes supplied by Biolog system, the carboxylic acids and methyl esters had the highest utilization extent for the four species, followed by the amino acids and peptides. The descending sequence of carbon sources utilization capability of isolates was A. sydowii （52.6%）, M. luteus （39.5%）, B. sphaericus （21.6%）, and G. thermoglucosidasius （17.7%）.     

Do fish growth rates correlate with PCB body burdens?

We evaluated whether growth rates of six fish species correlated with PCB concentrations in a moderately-to-heavily polluted freshwater ecosystem. Using a large dataset (n = 984 individuals), and after accounting for growth effects related to fish age, habitat, sex, and lipids, growth correlated significantly, but positively with lipid-corrected PCB concentrations for 4 of 6 species. Remaining species showed no correlations between growth and PCBs. Comparisons with regional, lentic growth averages for four species confirmed growth was on par and in three of four cases higher than regional averages in the PCB-polluted ecosystem. We conclude that for these species, at the range of concentrations examined, these PCBs do not exert negative impacts on growth. Rather, factors often cited as influential to growth were also driving growth trends in this study. Future studies that evaluate whether pollution affects growth must account for major growth drivers prior to attributing growth differentials to pollution alone.     

精喹禾灵降解菌株Bacillus subtilis H的分离鉴定及降解特性

以精喹禾灵为唯一碳源,从长期受精喹禾灵污染土壤中分离筛选出一株精喹禾灵降解菌株H.通过形态观察、生理生化试验和16S rRNA基因序列分析,将菌株H鉴定为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis ）.菌株H在温度为30~42℃和pH值7~9范围内,72h内对100mg/L精喹禾灵的降解率均可达95%以上.利用超高效液相色谱-质谱联用（UPLC-MS）鉴定菌株H降解精喹禾灵的产物为精喹禾灵酸.这是首次报道枯草芽孢杆菌对精喹禾灵的降解.     

基于应变模态方法的飞机蒙皮分布动载荷识别

目的解决飞机蒙皮分布动态载荷确定的工程实际问题。方法将基于广义正交多项式的复杂分布动载荷识别技术与应变模态理论相结合,建立利用有限个测点的应变响应和结构应变频响函数作为已知参数的飞机蒙皮分布动载荷识别模型。利用Nastran软件,以某型飞机机身中段外蒙皮为例,分别采用位移模态方法和应变模态方法进行了70、80、90、100 Hz下的蒙皮分布动载荷识别,并进行对比分析。结果以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法,在各计算频率下均具有较好的识别精度,最大识别误差为8.9%,能够满足工程应用。在各识别频率下,采用应变方法识别过程中的积分矩阵条件数小于位移方法。在100 Hz识别频率下增加3%随机误差干扰后,位移识别方法最大误差为19.4%,采用应变方法的载荷识别最大误差为9.8%。结论相比于传统的采用位移模态的载荷识别方法,以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法具有更好的数值稳定性,对于解决结构共振频率附近频响函数矩阵奇异性问题具有很好的应用价值。     

南水北调中线工程调水前后汉江下游水生态环境特征与响应规律识别

随着我国南水北调中线工程（简称“中线工程”）于2014年底正式通水运行,科学识别调水前后汉江下游水生态环境特征与响应规律,是国家重大水利工程优化调度的迫切管理需求.基于系统收集的2010—2017年汉江下游水文、气象、水质及水生态数据匹配资料,利用多种数据模型方法识别了中线工程调水前后汉江下游主要环境要素特征和响应规律,探索了导致河流生态退化的关键驱动因子及其贡献.结果表明:①中线工程开通后,受丹江口水库下泄流量减少的影响,汉江下游多年平均流量下降了11.5%,流量年内分配趋于不均匀,流量变幅增大,人类活动对汉江下游径流过程的影响更为显著.②调水后汉江下游ρ（TP）、ρ（TN）减小,武汉段ρ（Chla）和藻密度显著上升,汉江下游水华的发生对水文过程改变更加敏感.③基于GAM模型（广义相加模型）的相关分析,调水前后影响汉江下游藻密度变化的关键因子是流量和ρ（TP）,调水前贡献率分别为27.7%和20.5%,调水后贡献率分别为65.4%和20.5%,调水后汉江下游流量对藻密度变化的贡献率显著升高,说明上游调水引起的汉江下游流量减小对水华暴发的影响十分明显,而TP等营养盐的影响相对减弱.      

地下水“三氮”污染来源及其识别方法研究进展

地下水"三氮"污染来源的识别研究对污染控制与修复有重要的意义.在阐述地下水"三氮"污染来源(大气氮沉降、土壤天然有机氮矿化、地表径流氮输入、人类活动氮排放等)及其在我国的分布特征的基础上,总结了国际上常用的"三氮"污染来源识别方法,包括水化学方法、统计学相关方法、区域氮平衡法、稳定同位素示踪法及一些新型示踪方法.指出由于"三氮"污染来源的多样性及污染形成机制的复杂性,单一识别方法在应用中均有较明显的局限性,目前主流识别手段为稳定同位素示踪法与多种识别方法相综合.进一步提出要加强新型示踪方法的开拓、定量识别方法的优化,污染源识别与迁移转化机制、地下水补排条件、地下水-地表水转化关系等研究相结合为未来发展的主要趋势.     

基于源汇过程模拟的鄱阳湖流域总磷污染源解析

近年来鄱阳湖磷污染问题突出,总磷超标且浓度逐年增加,成为制约鄱阳湖流域（江西）经济社会可持续发展的重要因素.为科学解析鄱阳湖总磷污染来源,耦合多污染源污染负荷估算方法和SPARROW模型,建立基于源汇过程模拟的流域污染源解析技术方法,针对鄱阳湖流域13种总磷污染源开展负荷估算、模拟校核和入湖时空贡献定量解析.结果表明:①鄱阳湖总磷负荷以陆域输入为主（占90.8%）,主要污染来源为农业和城镇生活源,贡献率分别为56.4%和30.6%;污染来源按贡献率的大小排序依次为种植业（29.3%）>城镇生活（24.6%）>畜禽养殖（17.2%）>水产养殖（9.9%）>内源释放（6.9%）>城市径流（6.0%）>农村生活（2.2%）>工业企业（1.6%）>其他源（0.46%）.②在空间贡献方面,总磷入湖负荷主要来自于滨湖区和赣江集水区,贡献率分别为33.5%和31.8%,其他集水区总磷贡献率较小（合计为25.5%）,湖体贡献率为9.2%;同时,不同子流域污染源贡献结构也存在空间差异性.③在时间贡献方面,总磷入湖负荷量呈季节性波动特征,贡献峰值多出现在6月,雨季（3—8月）陆源输入负荷占全年的70%.④所构建的基于源汇过程模拟的污染源解析模型可用于流域水污染来源成因精细化解析.研究显示,鄱阳湖总磷污染来源具有明显时空差异性,建议围绕滨湖区和赣江集水区等高贡献区域设立优先管控区,重点针对种植业、城镇生活、畜禽养殖和水产养殖源,制定磷污染源汇过程减排政策措施,以改善鄱阳湖水环境质量.      

危险源的概念辨析

在现代安全科学理论中,危险源是人们认识事故形成机理的重要因素。但在学术研究领域,目前对于危险源的描述和表达并不统一。这不利于人们在生产活动中应用危险源理论开展事故预防工作。虽然危险源的一些主流概念和分类方法,从不同侧面阐明了危险源的特征和本质,却仍有其局限性。主流的危险源分类方法包括根源危险源和状态危险源、第一类危险源和第二类危险源、固有型危险源和触发型危险源、固有危险源和变动危险源、物质性危险源和非物质性危险源等。基本型危险源和控制型危险源是在传统危险源概念和分类方法基础上,对于危险源本质和特征的新的认识。基本型危险源的本质是能量或危险物质,而控制型危险源导致了前者的约束机制失效。从本质上讲,无论是约束机制自身还是约束机制失效,都是一个控制问题和系统问题。     

Investigations of Contaminated Fluvial Sediment Deposits: Merging of Statistical and Geomorphic Approaches

Concentrations of contaminants in sediment deposits can have large spatial variability resulting from geomorphic processes acting over long time periods. Thus, systematic (e.g., regularly spaced sample locations) or random sampling approaches might be inefficient and/or lead to highly biased results. We demonstrate the bias associated with systematic sampling and compare these results to those achieved by methods that merge a geomorphic approach to evaluating the physical system and stratified random sampling concepts. By combining these approaches, we achieve a more efficient and less biased characterization of sediment contamination in fluvial systems. These methods are applied using a phased sampling approach to characterize radiological contamination in sediment deposits in two semiarid canyons that have received historical releases from the Los Alamos National Laboratory. Uncertainty in contaminant inventory was used as a metric to evaluate the adequacy of sampling during these phased investigations. Simple, one-dimensional Monte Carlo simulations were used to estimate uncertainty in contaminant inventory. We also show how one can use stratified random sampling theory to help estimate uncertainty in mean contaminant concentrations.