Optimal locations of monitoring stations in water distribution systems under multiple demand patterns: a flaw of demand coverage method and modification

A flaw of demand coverage method in solving optimal monitoring stations problem under multiple demand patterns was identified in this paper. In the demand coverage method, the demand coverage of each set of monitoring stations is calculated by accumulating their demand coverage under each demand pattern, and the impact of temporal distribution between different time periods or demand patterns is ignored. This could lead to miscalculation of the optimal locations of the monitoring stations. To overcome this flaw, this paper presents a Demand Coverage Index (DCI) based method. The optimization considers extended period unsteady hydraulics due to the change of nodal demands with time. The method is cast in a genetic algorithm framework for integration with Environmental Protection Agency Net (EPANET) and is demonstrated through example applications. Results show that the set of optimal locations of monitoring stations obtained using the DCI method can represent the water quality of water distribution systems under multiple demand patterns better than the one obtained using previous methods.     

石家庄地区雾霾天气下云滴和云凝结核的分布特征

2009年5~10月在石家庄地区对雾霾天气下的近地面到高空的云雾滴和云凝结核(CCN)进行了7架次飞机探测.利用PMS云粒子测量仪器、机载温湿仪和连续气流纵向热梯度云凝结核仪获得的云雾粒子和云凝结核(CCN)探测资料,分析了层积云(Sc)和高积云(Ac)中云粒子浓度、液态含水量、粒子算术平均直径和粒子有效平均直径的垂直分布特征;分析了CCN垂直和水平分布特征以及谱分布.结果表明雾霾天气状况下,云滴数浓度在102个/cm3量级上.高云粒子粒径总体大于低云粒子.云含水量平均值范围为0.03~0.14g/m3;地面到600 m高度内, CCN值的平均值为3034cm-3(过饱和度S=0.3%).对CCN的活化谱进行拟合表明石家庄属于典型大陆性核谱,云对CCN有消耗作用,逆温层的存在使得该区CCN浓度累积增加.     

青岛大气气溶胶水溶性无机离子的粒径分布特征

为了解大气颗粒物中水溶性离子的来源及环境效应,利用安德森采样器连续采集青岛近海2008年1~12月大气颗粒物分级样品,用离子色谱法分析其中主要的水溶性离子,并讨论其粒径分布特征.结果表明, NH4+、K+、Cl-、NO3-、PO43-、SO42-主要存在于粒径小于2.1μm的细粒子中,Na+、Mg2+、Ca2+、F-则主要存在于粒径大于2.1μm的粗粒子中.各离子的粒径分布存在明显的季节变化.NH4+、K+和SO42-四季均主要分布于细粒子中,而Mg2+和Ca2+则主要分布在粗粒子中,两者均在3.3~4.7μm出现峰值;Na+在春、夏、秋3个季节主要存在于粗粒子中,集中分布在3.3~7.0μm粒径范围内,而在冬季则集中分布于0.43~1.1μm且细粒子含量高于粗粒子;春季Cl-在粗粒子中分布较多,尤以2.1~3.3μm范围内的最为突出,而其他3个季节均是细粒子比例明显偏高;NO3-春、夏两季在粗、细粒子中的含量各占50%,秋、冬季节均为细粒子占多数;PO43-夏季只出现在0.65~1.1μm以及>11μm的粒径范围内,粗粒子占95%,其他3个季节则是细粒子含量较高;春季F-在3.3~4.7μm出现峰值,夏季各粒径均未检出,而秋、冬两季粗、细粒子各占50%.K+、NH4+、F-、Cl-、NO3-、SO42-和PO43-受供暖期燃煤取暖的影响较大.K+和NH4+在供暖期和非供暖期峰值均出现在0.43~0.65μm粒径范围;F-供暖期在0.43~0.65μm和3.3~4.7μm粒径段出现峰值;供暖期Cl-的峰值出现在0.43~0.65μm粒径段,而在非供暖期,则出现在2.1~3.3μm的粗粒径段;SO42-和NO3-在供暖期和非供暖期的峰值均出现在0.43~0.65μm和3.3~4.7μm粒径段;供暖期PO43-的最大峰值出现在0.43~0.65μm粒径段,而在非供暖期其最大峰值出现在3.3~4.7μm粒径段.     

云南宣威燃煤室内可吸入颗粒物质量浓度变化特征

应用中流量采样器TSP-PM10-PM2.5对我国肺癌高发区宣威地区6个乡村19家农户进行采样,运用滤膜称重法来分析不同燃料类型室内及相应室外的大气颗粒物质量浓度特征.结果显示,各村庄室内、室外PM10质量浓度比值(I/O)变化范围为1.74~2.87,说明室内PM10污染主要由室内污染源引起;做饭时段室内PM10污染比其他时段严重,尽管烟囱可以将大量的污染物排出室外,但室内颗粒物的质量浓度依然较高.室内PM10质量浓度依燃料类型从高到低依次为块煤用户>型煤用户>燃柴用户>用电用户,室内PM2.5质量浓度依燃料类型从高到低表现为块煤用户>燃柴用户>用电用户;块煤、型煤用户的室内PM10的质量浓度平均值(442.49μg/m3、399.14μg/m3)超过国家室内空气质量标准日均值150μg/m3,污染严重;燃柴和用电用户室内PM10的质量浓度平均值(145.50μg/m3、119.91μg/m3)低于国家室内空气质量标准日均值150μg/m3,污染较轻.块煤用户PM2.5质量浓度日均值(132.58μg/m3)超过2012年2月29日环境保护部发布的环境空气质量标准二级标准75μg/m3,而燃柴和用电户PM2.5的质量浓度(55.24μg/m3、65.02μg/m3)均低于环境空气质量标准二级标准75μg/m3,说明块煤用户室内细颗粒污染较重,用电和燃柴用户室内细颗粒物污染相对较轻.     

兰州市2011年春节期间颗粒物浓度及其谱分布特征

研究了兰州市2011年1月25日~2月18日春节期间大气颗粒物浓度及其谱分布特征,并通过多元对数正态分布拟合方法对其体积浓度谱特征进行了分析.采用空气动力学粒径谱仪(APS-3321)对颗粒物数浓度及其谱分布进行了实时监测,以阐明兰州市春节期间烟花爆竹燃放对大气颗粒物浓度及其谱分布的影响.结果表明:2011年春节期间兰州市烟花燃放对2月3日~8日颗粒物浓度有不同程度的影响,正月初一00:00~01:00和21:00~22:00时受烟花爆竹燃放影响最大,其中在烟花燃放最为集中时段(2月3日0:00~1:00时)0.5~10μm大气颗粒物平均数浓度、表面积浓度和体积浓度分别为(310.3±97.2)个/cm3、(1061.6±396.0)μm2/cm3和(409.9±176.0)μm3/cm3,分别较未受烟花燃放影响的1月27日~30日0:00~1:00时平均值增加了6.10倍、7.72倍和9.93倍.烟花燃放对数浓度和体积浓度的影响分别主要集中在0.542~1.382μm和3.278~8.354μm粒径段,而对表面积浓度的影响主要集中在0.542~1.981μm和3.278~8.354μm粒径段.受烟花燃放影响的颗粒物体积浓度谱中位径在0.93, 5.50μm左右出现的比例最大,未受烟花燃放影响的颗粒物体积浓度谱中位径在0.85,5.50μm左右出现的比例最大,与未受烟花燃放影响日的颗粒物体积浓度谱相比,燃放烟花使位于积聚模态的体积中位径增加.     

SHMP分散配制用于环境风险模拟研究的纳米ZnO颗粒溶胶

选择SHMP(六偏磷酸钠)作分散剂,研究超声时间与静置时间对商购纳米ZnO的优化分散效果,以配制出用于环境风险模拟研究中的分散粒径小、效果稳定且浓度较高的纳米ZnO颗粒溶胶. 结果表明,相同条件下加分散剂的体系分散效果好于不加分散剂体系. 最佳优化分散方法:在100 mL超纯水中先加入45 mg SHMP作分散剂,再加入0.5 g的商购纳米ZnO,超声60 min后静置6 d,最终得到的颗粒溶胶平均粒径为(176.5±15)nm (纳米粒度-Zeta电位仪),TEM表征粒径为60～90 nm,Zeta电位为(-64.7±5.64)mV,实测分散浓度为(95.87±4.37)mg/L,其稳定性基本可以维持5 d.      

洋河水库微囊藻空间分布特征及其影响因素分析

通过野外调查及现场风速实时监测,对2010年夏季我国河北洋河水库微囊藻的空间分布特征及其影响因素进行了研究.结果表明,在水平空间上,西洋河口(主要入湖河口)微囊藻细胞密度最高,库心、北库心、坝前西、东洋河口等位置次之,坝前东(取水口)处微囊藻细胞密度最低,整体呈由水库西北向东南方向降低的趋势.Pearson相关性检验表明,洋河水库微囊藻细胞密度与ρ(TP)显著相关(P<0.05),但与ρ(DTP)、ρ(TN)及ρ(NO3--N)相关性不显著(P>0.05).风场分析表明,洋河水库水华发生季节东南风风频明显大于西北风,说明洋河水库微囊藻水平空间分布主要受入湖河流氮、磷污染及风场分布共同影响.西洋河口和库心的微囊藻昼夜垂向分布特征表现为早晨主要集中在水体的表层(10 cm),中午主要分布在水体0～3.5 m的水层,而傍晚时则可能下沉至底层,昼夜变化规律明显,并且其垂向分布特征主要受藻细胞的光合作用和风浪的混匀作用共同影响.      

2006─2010年环保重点城市主要污染物浓度变化特征

利用2006─2010年全国环保重点城市的空气质量日报数据,分析了大气ρ(SO2)、ρ(NO2)和ρ(PM10)的变化特征. 结果表明:从年际变化看,ρ(SO2)和ρ(PM10)呈下降趋势,ρ(NO2)变化不显著.从季节变化看,ρ(SO2)、ρ(NO2)和ρ(PM10)均呈冬季高、夏季低的特征.从浓度谱分布看,全国大气中ρ(SO2)、ρ(NO2)和ρ(PM10)分别集中在0～0.150、0～0.100和0～0.250 mg/m3范围内,ρ(SO2)和ρ(PM10)谱峰区间逐渐向低浓度范围偏移,高浓度事件逐渐减少,表明SO2和PM10污染得到较明显的控制,而ρ(NO2)谱峰变化不大.从浓度变化看,山西ρ(SO2)、ρ(NO2)和ρ(PM10)下降最明显,年变化率分别为-11.2、-3.6和-14.2 μg/m3;青海ρ(SO2)、山东ρ(NO2)和ρ(PM10)的上升趋势最明显,年变化率分别为4.4、2.7和4.5 μg/m3.      

中国大气NH3和NOx排放的时空分布特征

根据我国不同氨源的数量、燃料消费量和相应的氨与氮氧化物排放因子,计算了我国大陆地区1995~2004年历年的氨(NH3)排放量与1985~2005年历年的氮氧化物(NOx)排放量,在此基础上模拟了2006~2010年的NOx排放量,并分析了NH3和NOx排放强度的空间分布.结果表明:2004年,我国NH3排放量为12.0Tg,比1995年的10.6Tg增加了大约13.2%;2004年的NOx排放量为20.6Tg,比1995年的12.2Tg增加了大约68.9%,比1985年的6.2Tg增加了大约2.3倍.在1996年以前,我国NH3和NOx的排放量基本相当,但是此后NH3的年排放量在经历了1997~1999年的下降之后,变化比较平稳,而NOx的排放量自2000年之后呈逐年迅速增加的趋势.2004年全国NH3的排放总量中,畜禽排泄、氮肥施用、人类粪便、氮肥与合成氨生产的贡献率分别为69.2%、15.2%、13.9%和1.9%;2004年全国NOx的排放总量中,由于受到我国能源消费结构的制约,煤炭来源的NOx占到了排放总量的77.4%.NH3和NOx的排放强度都具有明显的空间差异,表现在中东部地区的排放强度明显高于西部地区,这与中东部地区人口多、能源消费量大以及畜禽养殖数量大有关.     

海河流域农村非点源污染现状及空间特征分析

采用污染排放系数法估算了2008年海河流域农村生活源、畜禽分散养殖、农田化肥流失3个主要农村非点源COD、TN、TP和NH3-N 4种污染物的排放量,并对其排放强度和空间分布特征进行了分析.结果表明,海河流域农村非点源污染源排放COD、TN、TP和NH3-N总量分别为2435826, 3042079, 540568, 1798760t/a,平均排放强度分别为11.10, 13.97, 2.98, 8.28t/(km2·a).海河流域内河北省的3个农村非点源的4种污染物排放量均居首位,农村居民生活源对海河流域非点源污染贡献最大,是流域非点源污染控制最主要的对象;子牙河水系农村非点源污染物排放总量最大,而徒骇马颊河水系排放强度最大,是海河流域内污染最严重的水系,其首要非点源污染源是山东省的农村生活源.流域内非点源污染排放量和排放强度均呈现区域性分布,山区和平原区分别呈现出低污染等级和高污染等级.