丝状绿藻腐烂过程对水质和沉水植物黑藻生长的影响实验研究

从野外采集沉水植物黑藻种植于120L的塑料桶内,然后采集丝状绿藻放在培养黑藻的桶内.设种植黑藻而不放入丝状绿藻的桶为对照.由于夏季高温和强光,丝状绿藻在数天内会逐渐腐烂.研究发现,在丝状绿藻腐烂过程中,水体的溶解氧(DO)、pH值、水下光强度与水面光强度的比值均比对照组大大降低,尤其是溶解氧,有时甚至下降为零.而水体的温度、总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸钾指数(CODMn)在丝状绿藻腐烂过程中则上升,后3个指标大大高于对照.有丝状绿藻处理的试验组,随着丝状绿藻的腐烂,沉水植物黑藻亦慢慢腐烂,最后消失.而对照组黑藻生长良好,生物量大大上升.因此,我们认为,丝状绿藻腐烂过程中引起的水质指标变化,尤其是降低溶解氧、降低水下光照强度、降低pH和使水体温度上升是沉水植物黑藻死亡的主要原因.这种现象在进行沉水植被恢复过程中值得注意,并应寻找对策.     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟北大核心CSCD

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系;湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

资源环境承载力评估新视角:行星边界框架的源起、发展与展望

将人类活动规模与强度控制在自然生态系统可承载限度之内,是可持续发展理论的核心要义。行星边界框架所秉持的“地球系统观”,为资源环境承载力评估提供了新视角,一经提出便在国际可持续发展领域引发极大关注与热烈讨论。本文系统阐述了行星边界框架的理论基础及其内涵演进,着重论述了该框架在国家、省域、市域和组织等不同尺度的发展与应用,深入探讨了其面临的挑战与改进方向,并与传统资源环境承载力研究范式进行了比较。研究表明:行星边界框架以复杂系统稳态和突变理论为基础,是历史经验与科学研究有机结合的产物。作为对现有资源环境承载力评估体系的有益补充,该框架由全球尺度向区域尺度拓展时,遵循自上而下分配与自下而上整合两条路径。当前行星边界框架中关于生物物理过程的尺度效应与交互机制的阐述较为薄弱,导致其变量选取与边界设置仍存较大争议,在与环境影响评价相整合、向社会经济维度拓展等方面面临方法学挑战。今后应从理论基础、技术方法、实践应用等方面继续深化研究,提升行星边界框架在可持续发展目标（SDGs）等全球重大公共议题中的政策价值。     

城市雨洪过程模拟GPU加速计算效率研究

为量化分析GPU加速技术在城市雨洪过程模拟计算中效率提升效果,采用基于GPU技术的数值模型,对不同降雨及网格分辨率情形下的典型城市雨洪过程进行模拟,并对比分析GPU加速计算效率及其规律。结果表明:城市雨洪过程模拟中,GPU加速技术较CPU技术具有优势,不同情形下可提速23.88~158.72倍;在大暴雨和高分辨率网格条件下,GPU模型的提速效果更加明显,相较于短重现期降雨及低分辨率网格情形提升0.29%~8.43%,表明该技术适用于大范围高分辨率问题的模拟。该成果可为城市洪涝过程快速模拟预报提供技术支持。     

C/N对SBR生物脱氮硝化过程微生物结构的动态影响

为揭示碳氮比（C/N）对硝化过程影响的机理本质,试验以人工模拟废水为研究对象,采用4组平行的SBR（R₀、R₅、R₁₀、R₁₅）反应器,基于16S rRNA基因-Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了4种C/N（0、5、10、15）对硝化过程功能微生物组成和结构特征的影响.结果表明：4种C/N条件下,系统均获得了较好的去除氨氮（去除率>95%）和COD（去除率>90%）效果,TN也有不同程度的降低.此外,C/N会显著影响系统内微生物的多样性、种群结构和功能.R₀系统Chao1指数（922）、ACE指数（1232.4）、Shannon指数（6.76）和Simpson指数（0.96）均最大,故微生物多样性最丰富,而R₅的物种丰富度最低.在微生物门水平上,变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、蓝细菌门（Cyanobacteria）等9个相对丰度较高的门是重要的微生物门,其中变形菌门（Proteobacteria）约全部微生物的40.7%~65.2%,是4个系统中最优势的菌门.硝化过程的关键菌群亚硝化单胞菌科（Nitrosomonadaceae）及硝化螺旋菌属（Nitrospira）的相对丰度表现出随着C/N升高而急剧降低的趋势.基于LEfSe分析共获得了34组具有显著差异的微生物,从而得到了每种C/N条件下在微生物学分类水平上的菌群关键生物标记物.     

废旧轮胎翻新过程中多环芳烃排放及健康风险

对废旧轮胎翻新过程(露天堆放、混炼、硫化、打磨过程)和工人宿舍楼的环境空气中16种PAHs的排放特征进行了分析,并对工人的职业健康风险进行了评价.结果表明,废旧轮胎翻新过程及宿舍楼空气中都检测出PAHs.混炼过程PAHs浓度最高,其次是露天堆放过程和硫化过程,打磨过程的PAHs浓度最低,而工人宿舍楼PAHs平均浓度为11.1 ng·m~(-3).所有采样点的菲、荧蒽、蒽和芘对PAHs的总浓度的贡献较大,且与总浓度的线性相关性较强.从环数分析发现各采样点的PAHs主要集中在三环和四环,二环、五环和六环占比不超过10%.通过PAHs的可能影响因数分析发现露天堆放和宿舍楼可能受燃烧源的影响,而混炼、硫化及打磨过程可能受胶油类的影响.主成分分析和聚类分析结果显示,废旧轮胎翻新过程各采样点和彼此间的空间位置会对多环芳烃的分布产生较大影响.健康风险评价结果表明:职业工人终身致癌危险度几率较小,职业工人的预期寿命损失影响也不大.     

随机应用下的锂离子电池剩余寿命预测

目的为模拟海洋工程与水下科考装备电池的真实使用情况,进行随机电流放电下的锂离子电池老化实验,通过高斯过程回归模型进行电池剩余寿命预测。方法从数据驱动方法中选取具备不确定性表达能力的高斯过程回归模型,选定核函数后通过训练数据来优化超参数建立预测模型。用随机应用下的电池充放电循环实验数据验证预测结果。结果与SE核函数相比,基于Matern核函数的模型预测效果更优。训练数据越多,预测起始点越大,模型预测绝对误差越小、MAPE与RMSE值更低。对两种不同实验温度、不同随机电流放电模式下的三组电池,模型预测绝对误差大多在40 cycle内,MAPE与RMSE值分别低于0.06、0.09,均能实现准确剩余寿命预测。结论对于随机应用下的锂离子电池剩余寿命预测,高斯过程回归模型具备高精度与适用性。     

造纸废水处理过程的高斯过程回归软测量建模

针对造纸废水处理系统的时变性、非线性和复杂性等特点,本文提出一种基于高斯过程回归的软测量模型.基于平方指数协方差、线性协方差和周期性协方差函数组合构建了7种高斯过程回归模型,分别对出水化学需氧量和出水悬浮固形物浓度进行回归预测.此外,还对比了多元线性回归模型、主成分回归模型、偏最小二乘模型、人工神经网络模型和高斯回归模型的预测效果.对比计算结果表明无论是对输出变量的训练拟合还是预测,高斯过程回归模型的拟合效果均优于非高斯过程回归模型.高斯过程回归模型的预测结果表明：对于出水化学需氧量,线性协方差函数与周期性协方差函数的组合模型可以取得最好的预测结果;对于出水悬浮固形物,平方指数协方差函数与线性协方差函数组合模型可以取得最好的预测结果.     

基于改进FWA-NN的污水处理过程溶解氧浓度预测

为实现对污水处理过程溶解氧质量浓度的实时准确预测,提出了一种改进的混沌烟花混合优化算法并构建了基于改进算法的神经网络在线软测量模型.结合污水处理过程的数据特征,定义了一项新的样本相似度衡量指标用于提取更具代表性的建模数据.在改进算法中,为提高基本烟花算法初始成员的质量,定义了一种改进的两级正弦混沌映射并利用混沌运动的遍历性精选烟花算法的初始群成员;通过融合混沌算法改进了基本烟花算法的搜索机制,基于设定准则将寻优过程分为两阶段并采用两分群同时进行.测试结果表明改进算法的收敛速度和收敛精度有较大程度提高.将改进的软测量建模方法和样本数据提取方法用于污水处理过程溶解氧质量浓度软测量建模,应用结果表明该模型的均方根误差和平均泛化误差分别为0.0175和0.0118,具有较强的泛化性能.     

广西PM2.5时空分布特征及污染天气类型

研究区域ρ（PM_2.5）的时空分布特征和污染天气类型的关系是开展大气污染防治和空气质量预报预警的关键支撑技术之一.基于2015—2016年广西14个城市环境空气质量日监测数据和相关气象资料,分析了2015—2016年广西空气质量概况和污染的基本特征,采用EOF（经验正交函数）分析和后向轨迹聚类分析方法表征了广西ρ（PM_2.5）时空分布模态,统计了广西两年间24次区域范围（3个及以上连片城市）大气轻度及以上污染过程,分析了不同污染过程的天气类型和空气质量变化特点.结果表明:PM_2.5是广西大气污染首要污染物,ρ（PM_2.5）年均值呈北高南低的区域特征,月际变化基本呈正V字型分布;EOF分析和后向轨迹聚类分析显示,广西ρ（PM_2.5）的时空结构主要有3种模态,其方差贡献率分别为78.9%、5.7%和3.7%,基本反映了广西ρ（PM_2.5）变化的时空模态的主要特征,桂林和玉林两年间的后向轨迹聚类很好地解释了第二和第三模态的南北浓度和东西浓度异常反相位分布特征;广西14个城市两年间PM_2.5区域性污染天气类型主要有10种,其中污染天气类型中占比较大的是弱冷高压脊型（24.4%）、均压场型（20.2%）、高压后部型（16.1%）和高压后部配合西南暖低压型（8.5%）,是引发广西大范围大气污染的典型天气类型.研究显示,广西大气污染具有地域性、季节性和南北输送特征,污染过程的天气形势变化具有一定规律性.