Dynamic-risk-informed safety barrier management: An application to cost-effective barrier optimization based on data from multiple sources

An integrated approach for performance assessment and management of safety barriers in a systemic manner is needed concerning the prevention and mitigation of major accidents in chemical process industries. Particularly, the effects of safety barriers on system risk reduction should be assessed in a dynamic manner to support the decision-making on safety barrier establishments and improvements. A simulation approach, named Simulink-based Safety Barrier Modeling (SSBM), is proposed in this paper to conduct dynamic risk assessment of chemical facilities with the consideration of the degradation of safety barriers. The main functional features of the SSBM include i) the basic model structures of SSBM can be determined based on bow-tie diagrams, ii) multiple data (periodic proof test data, continuous condition-monitoring data, and accident precursor data) may be combined to update barrier failure probabilities and initiating event probabilities, iii) SSBM is able to handle uncertainty propagation in probabilistic risk assessment by using Monte Carlo simulations, and iv) cost-effectiveness analysis (CEA) and optimization algorithms are integrated to support the decision-making on safety barrier establishments and improvements. An illustrative case study is demonstrated to show the procedures of applying the SSBM on dynamic risk-informed safety barrier management and validate the feasibility of implementing the SSBM for cost-effective safety barrier optimization.     

基流对亚热带农业流域氮素输出的贡献研究

随着经济的迅猛发展和人民生活水平的逐步提高,亚热带农业小流域的面源污染日趋严峻,恶化的水体环境质量已经成为该区域可持续发展和生态文明建设的重要障碍.基流过程对流域生态水文过程有重要影响,因此本研究选取湖南省长沙县的脱甲和涧山两个农业小流域作为调查对象,通过流域观测和模型估算方法,对比分析2011年1月至2013年12月间流域基流过程对总氮(TN)输出的贡献.结果表明,在较高强度水稻种植的脱甲流域的月平均基流流量、平均基流TN流量加权浓度和平均基流对TN输出贡献[15.2 mm·month~(-1)、4.14 mg·L~(-1)和0.54 kg·(hm~2·month)~(-1)],均大于较低强度水稻种植的涧山流域[11.4 mm·month~(-1)、1.72 mg·L~(-1)和0.20 kg·(hm2·month)~(-1)].基流对TN输出贡献呈现明显的季节性变化,如在水稻生长季,脱甲和涧山流域基流对TN输出贡献分别为23.2%和18.6%,均低于休耕季的46.9%和40.0%,表明水稻种植会提高休耕季的流域基流过程对TN输出的贡献.因此,为缓解农业小流域水体面源污染,应当在农业小流域中实施合理的稻田管理措施来降低基流对TN输出的贡献.     

城郊农业区小流域土地利用结构对氮素输出的影响

以位于湖南省长沙市城郊农业区的金脱河流域为研究区域,通过解译2009年的Spot-5卫星遥感图获取了小流域的土地利用图;结合流域的DEM图,利用ArcGIS 9.3的水文、空间分析模块将流域划分为若干个子流域,分析各子流域的土地利用结构.从2009年12月～2010年11月在各子流域出口处采取水样,分析其TN、NH4+-N、NO3--N输出浓度、输出量的时空变化特征以及与土地利用结构、施肥等因素之间的关系.结果表明,流域径流氮素污染严重,其TN、NH4+-N输出浓度呈明显的季节变化特征,为冬季>春季>夏、秋季,而NO3--N的输出浓度的季节差异较小.流域内的土地利用结构对NO3--N的输出浓度起着重要的控制作用,林地、水面表现为源作用,水田、旱地、居民地为汇作用;不同的时间尺度上土地利用结构对其影响不同,年度尺度上对NO3--N输出影响最大的为旱地,春夏季为林地,秋冬季为旱地.TN、NH4+-N的输出浓度与土地利用结构的相关性较差,各形态氮素的输出量与纯氮施用量、人口数、养猪量表现为极显著正相关.     

环境DNA技术在环境监测与动物生产管理中的应用进展

概述了环境DNA技术目前的研究方向和分析原理,介绍了该技术在水生、土壤和植物生态系统中的应用进展,以及在监测畜舍环境、促进畜禽粪污无害化处理、检测动物营养与健康状况、调查动物群体遗传多样性、监测和预防畜禽疾病等动物生产管理中的应用前景。分析了环境DNA技术的优势与局限,并在此基础上提出了建立标准操作流程、提高检测精确度、积极推广应用环境DNA技术等建议。     

黄土丘陵沟壑区生态风险空间识别及开发利用权衡——以兰州市为例

基于社会经济发展与土地资源利用管理、生态环境保护之间矛盾的现实需求,以兰州市为例,通过区域开发生态风险传递过程分析,构建黄土丘陵沟壑区区域开发生态风险评价框架,结合自然生态风险、开发生态风险和生态重要性,定量评价黄土丘陵沟壑区开发利用综合生态风险并识别其空间分布特征,最后结合丘陵地区建设用地适宜性,权衡黄土丘陵沟壑等未利用地的开发与生态环境保护.结果表明:兰州市综合生态风险以中、低等级为主;兰州市二类未利用地占比最大,为51.67%;一类未利用地在海拔相对较低的皋兰县北部、永登县庄浪河以东集中分布,占总面积的37.45%.权衡兰州市综合生态风险与未利用地开发适宜性,一、二类用地的综合生态风险以1级低风险为主.其中,一类用地集中连片度高,坡度、海拔等自然本底相对较好,是未来未利用地综合开发建设优先选择区域;二类用地因自然地理条件的限制,开发难度大,开发成本高,可以作为后备土地开发资源选择性开发.     

“猪-沼-果”生态农业模式

“猪-沼-果”生态农业模式是一种循环经济模式,论文分析了这一模式的系统结构和运作机制,总结了科学实验的结果。“猪-沼-果”模式以沼气池为核心,聚集了一系列复杂的生化反应,优化传统种养模式的组织结构,使物质充分利用,能量有效转换,具有显著的经济、社会和生态环境效益。江西建设了103.87×104个农户家用沼气池和250个大、中型沼气工程,每年可以节省木材600×104余m 3,相当于75×104hm₂林地的活立木蓄积量;农作物施用沼肥,节省化肥农药,比传统模式提高肥效20%左右。“猪-沼-果”模式在流域综合治理、减少农村面源污染、发展绿色食品和控制血吸虫病等方面都有广泛的应用。     

我国城市污泥中醚类和卤代烃类有机污染物的初步研究

应用GC／MS联机检测技术对我国大陆和香港共11个城市污泥中4种醚类和4种卤代烃类化合物进行分析。结果表明，醚类化合物的总含量在0－7．743mg/kg之间，以双（2－氯异丙基）醚为主，主要分布在兰州污泥和广州污泥中；卤代烃类化合物的总含量在0．007－3．237mg/kg之间，以六氯环戊二烯为主，主要分布在兰州污泥、佛山污泥和沙田（香港）污泥中。污泥中醚类和卤代烃类化合物的种类及其含量与污水来源、污水处理方式、污泥类型、化合物的结构和理化性质等因素有关。     

小流域土地利用结构对氮素输出的影响

以丹江口库区的胡家山小流域为研究区,以资源二号卫星影像图为底图,通过实地调查获取胡家山小流域土地利用图,利用ArcGIS的水文模拟、空间分析模块提取15个集水区,并分析其土地利用结构.根据2008年1～12月各个集水区的出口的总氮、硝态氮浓度的监测数据,定量地分析土地利用结构对氮素输出时空变化的影响.结果表明,胡家山小流域内旱地、居民地对氮素输出起显著源作用,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为0.869、0.856和0.826、0.867.林地、疏林地、草地等对氮素输出起汇作用,其中林地、草地汇作用显著,与TN、NO-3-N的Pearson相关系数分别为-0.820、-0.851和-0.602、-0.518.土地利用结构是氮素输出空间变化的关键因素,土地利用类型的空间分布使得汇土地利用类型旱地、居民地对小流域氮素输出影响最大;在不同时间尺度上,土地利用结构对氮素输出浓度影响有所不同.年度上,对氮素输出影响最大的是旱地,季节上,春、夏、秋、冬四季对氮素输出影响最大的分别是旱地、居民地、居民地、旱地;土地利用结构对氮素输出浓度的影响受到降雨、气温、人为等因素的作用.     

Total nitrogen and community turnover determine phosphorus use efficiency of phytoplankton along nutrient gradients in plateau lakes

Numerous studies support that biodiversity predict most to ecosystem functioning, but whether other factors display a more significant direct impact on ecosystem functioning than biodiversity remains to be studied. We investigated 398 samples of the phytoplankton phosphorus resource use efficiency (RUE_P = chlorophyll-a concentration/dissolved phosphate) across two seasons in nine plateau lakes in Yunnan Province, China. We identified the main contributors to phytoplankton RUE_P and analyzed their potential influences on RUE_P at different lake trophic states. The results showed that total nitrogen (TN) contributed the most to RUE_P among the nine lakes, whereas community turnover (measured as community dissimilarity) explained the most to RUE_P variation across the two seasons. Moreover, TN also influenced RUE_P by affecting biodiversity. Species richness (SR), functional attribute diversity (FAD2), and dendrogram-based functional diversity (FDc) were positively correlated with RUE_P in both seasons, while evenness was negatively correlated with RUE_P at the end of the rainy season. We also found that the effects of biodiversity and turnover on RUE_P depended on the lake trophic states. SR and FAD2 were positively correlated with RUE_P in all three trophic states. Evenness showed a negative correlation with RUE_P at the eutrophic and oligotrophic levels, but a positive correlation at the mesotrophic level. Turnover had a negative influence on RUE_P at the eutrophic level, but a positive influence at the mesotrophic and oligotrophic levels. Overall, our results suggested that multiple factors and nutrient states need to be considered when the ecosystem functioning predictors and the biodiversity-ecosystem functioning relationships are investigated.     

基于熵权TOPSIS模型的土地利用多功能性诊断

从经济、社会和生态3个方面出发构建土地利用多功能性评价指标体系,应用熵权TOPSIS模型对江苏省近年来土地利用多功能性进行诊断分析可以优化区域土地的合理开发,提高土地利用效率,为促进区域的可持续发展提供有效依据。研究结果表明：2006~2016年江苏省土地利用综合功能经历了一般—良好的发展阶段,综合功能在不断优化;经济功能经历了较差—一般—良好—优秀—良好的发展阶段,虽然有所波动,但其依旧呈增长态势;社会功能经历了较差—一般—良好—优秀的发展阶段,呈现出持续稳步提高趋势;生态功能经历了一般—良好—一般的发展趋势,整体呈下降趋势。另外土地利用的经济功能和社会功能子目标的障碍度在逐年下降,对目前江苏省土地利用有效性起制约作用的主要是生态功能,应减少废水排放和工业固体废弃物等污染造成的生态破坏,加强水资源的保护,同时缩小城乡差距,推进城乡融合,促进土地利用过程中经济、社会和生态功能的协调发展。