压电安全管理及其模型

为创新安全管理范式,进一步丰富安全管理理论,基于压电理论与安全管理理论,开展压电安全管理研究。首先,分析压电理论对安全管理的启示,探讨压电安全管理的内涵,并提出压电安全管理概念模型;在此基础上,结合安全管理全生命周期理论,构建与解析压电安全管理模型;最后,阐述压电安全管理的特点。结果表明：压电安全管理是一种可根据系统在一定时空内安全状态的变化而采取针对性措施并满足系统安全需求的安全管理新范式,兼备常态安全管理和非常态安全管理2种安全管理模式,同时,涵盖安全风险防控、应急响应和调整优化3种安全管理行为。     

基于缓冲区重采样的LSTM林火预测模型*

为提高林火风险预测精度,挖掘地图上隐含的空间信息、时间序列上隐含的长期趋势和循环波动,提出1种基于缓冲区重采样的长短期记忆（LSTM）林火预测模型,选取15个与林火相关的影响因素,以方差膨胀因子为评价指标对其进行多重共线性检验,方差膨胀因子大于10的因素具有共线性,并采用信息增益率验证筛选结果的合理性。考虑到火灾的空间聚集特性,采用缓冲区分析与过采样相结合方法减少样本不均衡现象的影响,最终得到176 732条样本。对12个影响因素和研究时间段的火点建立LSTM预测模型,对森林火灾发生风险进行预测。研究结果表明:基于缓冲区重采样的LSTM林火预测模型有效考虑时空上隐含的信息,预测模型准确率为87.06%,特异性为97.99%,敏感度为76.12%,阳性预测率为97.43%,阴性预测率为80.41%,ROC曲线与AUC值均优于随机森林（RF）和支持向量机（SVM）这2种基准算法。维尔克松秩和检验发现,本文提出的模型与基准算法结果具有显著性差异。研究结果可为提高林火风险预测精度提供参考。     

基于“人工智能”驱动的农村生活污水系统治理专栏序言

伴随流域水污染控制与治理工作的深入,农村分散生活污水治理逐渐成为制约流域水环境改善的关键.同时,农村生活污水治理是人居环境提升、美丽乡村建设以及乡村振兴战略实施的集中体现,事关广大农村居民的切身利益.本专栏是国家水专项“分散污水治理课题”团队近年来科研成果的总结,从污水治理的全生命周期角度出发,尝试通过人工智能赋能治理模式决策、“菜单式”工艺组合、设施运维与监管、长效管理等4个方面对研究和实践进行了梳理总结,构建基于人工智能驱动的农村生活污水治理决策支持系统,以期为北运河流域以及其他区域农村生活污水治理提供科技支撑.     

随机价格下杉木人工林的碳汇收益及最优轮伐期确定

发展林业碳汇是应对全球气候变化及实现中国2060年碳中和的重要举措。基于改进的Faustmann-Hartman模型,以中国南方浙江、福建和江西三个省份杉木人工林为研究对象,使用时间序列模型拟合并预测中国碳排放权交易市场的碳汇价格,通过蒙特卡洛模拟确定最优轮伐期及碳汇收益。研究结果表明：（1）依次纳入木材收益、地上生物量碳汇收益和死亡有机质碳汇收益时,杉木人工林的最优轮伐期分别为21.85年、22.98年和22.88年;（2）上述三种情景下,林地期望价值的净现值分别为20408.20元/hm²、24587.29元/hm²和28101.11元/hm²;（3）全面考虑包含死亡有机质碳库在内的林业碳汇效益,能够稳定提高林地所有者收益约7.02%~21.61%。此外,应进一步考虑多轮伐期下税收政策及自然风险等因素对碳汇营林的影响,这是确定最优轮伐期和碳汇收益后续研究值得重视的问题。     

森林保险支付意愿及影响因素分析——基于异质性营林主体视角

基于期望效用函数理论分析了异质性营林主体的森林保险支付意愿及差异,并以传统小林农和新型林业经营主体为研究对象,以福建省382户传统小林农和88户新型林业经营主体的调研数据为基础,综合运用条件估值法、卡方检验及Cox比例风险模型,对异质性营林主体的森林保险支付意愿与差异及支付意愿影响因素进行对比与分析。研究表明：传统小林农和新型林业经营主体的森林保险意愿支付水平存在显著差异,在1000~2500元/亩保障水平下,传统小林农的意愿支付水平分别为1.911元/亩、2.941元/亩、3.532元/亩及3.979元/亩,新型林业经营主体为1.632元/亩、3.971元/亩、5.809元/亩及6.864元/亩;两类营林主体的支付意愿均随保额的提高而提高,但新型林业经营主体的提升幅度远高于小林农。异质性营林主体的森林保险支付意愿影响因素也存在明显差别,这与其在森林保险认知特征、林业生产经营特征、林业灾损特征、森林保险产品评价特征等方面存在显著差异有关。此外,林地面积对两类营林主体支付意愿均具有显著影响,规模化、集约化的林业生产经营可促进林业经营主体的森林保险愿意支付水平。     

干旱区水—能源—粮食纽带系统协同演化——以中国西北地区为例

水、能源、粮食是人类社会发展的基本保障,三者之间的紧密联系成为近年来国内外学者关注的重点。通过对水—能源—粮食纽带系统协同演化机制的探究,能更好地厘清三者之间的相互关系,对实现社会高质量发展具有重要意义。基于自组织理论,从水、能源、粮食三个角度构建理论模型,运用哈肯模型分阶段地对中国西北地区水—能源—粮食纽带系统协同发展的演化机制进行探究,并在此基础上分析水—能源—粮食纽带系统协同得分的时空分异规律。结果表明：（1）2000—2010年间,中国西北地区水—能源—粮食纽带系统协同演化的序参量是水资源子系统,其主导着整个系统的演化方向,而能源子系统、粮食子系统处于从属地位。在协同得分的时空变化规律上,西北五省区协同得分整体呈上升趋势,但各地区得分差距较大。（2）2011—2018年间,中国西北地区水—能源—粮食纽带系统协同演化的序参量是水资源子系统和能源子系统,两者共同主导着水—能源—粮食纽带系统的协同演化,粮食子系统则处于从属地位。在协同得分的时空变化规律上,西北五省区协同得分仍保持平稳上升趋势,省际间得分差距明显缩小。     

碳中和趋势下数学模拟在污水处理系统中的发展与综合应用

数学模拟技术在污水处理方面被广泛应用,为了系统总结相关技术,本文回顾了污水处理系统中数学模拟技术的发展历程;综述了活性污泥模型(ASM)与机器学习(ML)在水质预测及参数工况优化领域中的应用;重点探究了污水处理系统中温室气体排放模型,以及多目标优化模型在污水处理系统中温室气体排放(GHG)、出水质量(EQI)和运行成本(OCI)的权衡问题;归纳了数学模拟技术在实现污水厂能量自给与资源回收的应用发展.研究结果表明数学模拟技术能准确预测出水水质、快速优化工艺参数、权衡温室气体排放、出水水质与运行成本之间的关系、以及提高资源回收效率等.因此,数值模拟技术可有效指导污水处理工艺的运行优化以及管理,为污水处理行业减污降碳协同增效提供技术支撑.     

生物酶对初沉污泥厌氧发酵产短链脂肪酸的调控研究

旨在通过生物酶调节(碱性蛋白酶、中性蛋白酶和α-淀粉酶)提高初沉污泥的厌氧发酵效率,并通过微生物群落结构解析,SCFAs (short-chain fatty acids,SCFAs)组分分析等揭示其调控机理.结果表明,3种生物酶均可增强初沉污泥水解和产酸作用,碱性蛋白酶调控系统对初沉污泥厌氧发酵的促进效果最为明显,发酵第4d SCFAs的产量和产率分别达到1508mg COD/L和0.174g COD/g VSS.对比控制组,SCFAs的产量和产率分别增加了1129mg COD/L和0.13g COD/g VSS.微生物群落结构分析表明,在碱性蛋白酶调控发酵系统中,Lentimicrobium、Proteiniphilum和Bacteroides等发酵相关菌群的相对丰度得到了改善,Methanosaeta、Methanospirillum等产甲烷古菌的活性受到了抑制.同时,生物酶调控对促进发酵过程乙酸占比也有促进作用.     

我国取消电价补贴的经济影响——基于电价管制及完全竞争市场的分析

通过构建电力部门细分的CGE模型,分别在电价管制和完全竞争市场背景下,评估了取消电价交叉补贴和可再生能源电价补贴,以及引入碳税政策并将碳税收入转移支付给风电及光伏行业的经济影响.研究发现:取消电价交叉补贴对GDP有负面影响,而取消可再生能源电价补贴后GDP有所提升;相比完全竞争市场,电价管制市场背景下取消电价交叉补贴对GDP的负面冲击强度增加了0.003%,而取消可再生能源电价补贴对GDP的促进作用幅度则相对减小0.056%;同时取消两种补贴时,在电价管制市场背景下GDP相比基准情景下降了0.022%,而在完全竞争市场背景下GDP则增加了0.038%.电价管制市场背景下取消电价补贴对电力结构及能源结构影响较小;而在完全竞争市场背景下取消电价补贴将刺激传统电力消费并导致碳排放有所增加.引入碳税政策并将碳税收入转移支付给风电及光伏行业可以有效控制碳排放并促进电力结构和能源结构改善,但会对行业总产出和GDP产生更大的负面冲击.我国未来应适度放开电价管制,并采取诸如适时征收碳税并将其收入转移支付给风电和光伏行业的支持性政策,推动我国能源结构优化和节能减排目标的实现.     

基于贝叶斯的苯并(α)芘PBPK模型优化与健康风险评估应用

应用基于生理的药代动力学(PBPK)模型预测苯并(α)芘(BaP)暴露的人体内部剂量,基于贝叶斯的马尔科夫链蒙特卡洛模拟(MCMC)方法对模型参数进行校准和优化,最后运用已优化的模型对BaP内暴露基准值进行推导.研究发现,基于贝叶斯的MCMC方法对模型后验参数校准后,模型精度明显提高,两个数据集验证结果显示残差平方和分别降低了72%和94%.PBPK模型以BaP和子代谢物3-羟基苯并(α)芘(3-OHBaP)的体内动力学过程为结构基础,模拟BaP体内浓度分布大小为脂肪>肾脏>皮肤>缓慢灌注组织>快速灌注组织>静脉血>肝脏;3-OHBaP体内浓度分布大小为肾脏>快速灌注组织>脂肪>肺>静脉血>缓慢灌注组织>肝脏>皮肤.敏感性分析显示,快速灌注组织-血分配系数对模型输出影响最大,灵敏度系数超过了200%;排泄系数影响最小,只有肾小球过滤率K_BR的灵敏度系数超过了1%.以美国国家环境保护局推荐的参考浓度2.0×10^-6mg/m³为外暴露安全基准值,基于PBPK模型推导了职业暴露的BaP生物监测当量(BE),结果显示BE值为0.405pmol/mol肌酐(尿液3-OHBaP平均浓度),为基于人体内暴露剂量水平进行定量健康风险评估奠定了基础.