Coupling upland watershed and downstream waterbody hydrodynamic and water quality models (SWAT and CE-QUAL-W2) for better water resources management in complex river basins

Effective water resources management programs have always incorporated detailed analyses of hydrological and water quality processes in the upland watershed and downstream waterbody. We have integrated two powerful hydrological and water quality models (SWAT and CE-QUAL-W2) to simulate the combined processes of water quantity and quality both in the upland watershed and downstream waterbody. Whereas the SWAT model outputs water quality variables in its entirety, the CE-QUAL-W2 model requires inputs in various pools of organic matter contents. An intermediate program was developed to extract outputs from SWAT at required subbasin and reach outlets and converts them into acceptable CE-QUAL-W2 inputs. The CE-QUAL-W2 model was later calibrated for various hydrodynamic and water quality simulations in the Cedar Creek Reservoir, TX, USA. The results indicate that the two models are compatible and can be used to assess and manage water resources in complex watersheds comprised of upland watershed and downstream waterbodies.     

Hydrologic–Economic Model for Managing Irrigation Intensity in Irrigation Areas under Watertable and Soil Salinity Targets

This paper gives mathematical details and sample applications of SWAGMAN Farm (SWAGMAN, Salt Water and Groundwater Management), a farm-scale hydrologic economic model that integrates agronomic, climatic, irrigation, hydrogeological and economic aspects of irrigated agriculture. The model is capable of determining optimum mix of land use to keep watertable and soil salinity within acceptable limits while maximising the economic returns. Alternatively, the model can simulate water and salt balance and economics of a given cropping preference. Web-based and Geographic Information Systems versions of the model are available for integration with the environmental reporting systems of the irrigation areas.     

The Role of Abatement Costs in GHG Permit Allocations: A Global Stabilization Scenario Analysis

Our objective is to propose permit allocation schemes that lead to a fair distribution of the net abatement cost among regions in a global greenhouse gas (GHG) stabilization scenario. We use a detailed technology-based energy model, World-MARKAL, to determine efficient abatement decisions, and to calculate the regional gross abatement costs (before permit allocation and trading). The net abatement costs are then calculated and used for different permit allocation schemes.     

街道峡谷内车辆流动对反应性污染物传播特性影响的模拟研究

采用CFD（计算流体力学）数值模拟的研究方法,使用动网格技术,分析简单光化学反应下车辆流动及不同来流风速对双车道三维街道峡谷内污染物传播特性的影响.结果表明,车辆移动改变了峡谷内气流结构,以及背风侧与迎风侧活性污染物浓度分布的相对大小,有利于污染物在峡谷中的传播扩散;来流风使机动车尾气向建筑背风侧汇聚,并随着风速增加而加强,对近迎风侧车道车辆尾气淹没射流的影响比近背风侧车道大.在车辆移动与来流风的综合作用下,污染物的扩散能力得到显著增强.     

北方泥炭地泥炭土矿化速率、温度敏感性及其影响因素研究

北方泥炭地是全球重要的碳汇,也是全球变暖最为敏感的区域之一.然而,由于泥炭地表层和亚表层泥炭土碳排放过程对全球变暖的响应过程及机制仍存在一定争议,目前对全球变暖背景下泥炭地碳排放的认识仍存在一定不足.本研究于2019年8月在大兴安岭满归泥炭地采集表层(0～10 cm)和亚表层(15～30 cm)泥炭土进行室内增温模拟有氧培养,测定其矿化速率、有机质性质和水解酶活性.结果表明,表层泥炭土矿化速率在5、15、25℃下培养时((142.8±66.9)～(545.3±30.6)、(575.0±62.1)～(1843.0±547.4)、(888.4±123.9)～(3646.7±167.9)μg·g^-1·d^-1)均高于亚表层((113.0±41.5)～(367.1±64.1)、(357.4±52.3)～(1122.1±218.8)、(697.1±38.1)～(2336.4±150.6)μg·g^-1·d^-1),但表层和亚表层矿化作用的温度敏感性不具有显著差异;培养过程中,表层与亚表层泥炭土β-1,4-N-乙酰葡...     

剑麻纤维基多孔炭材料的制备及其吸附氯苯的研究

以剑麻纤维为原料,通过简易的一步炭化活化法制备了一系列多孔炭材料,分别探究了3种温和的金属盐活化剂、活化剂与剑麻纤维的质量比和活化温度对炭材料的氯苯吸附量的影响,并通过BET、SEM、XRD、Raman、FT-IR、元素分析等手段表征其物理化学性质.结果表明,当采用CuCl₂为活化剂、CuCl₂与剑麻纤维的质量比为10∶1及活化温度为800℃时,制备得到的剑麻纤维基多孔炭(PCC)吸附性能最佳,其在氯苯浓度为1560 mg·m^-3时,吸附量达到856 mg·g^-1,而未经CuCl₂活化的炭材料(PC)的氯苯吸附量仅为15 mg·g^-1.氯苯吸附性能的提升主要归因于比表面积、孔容、无序性和表面含氧官能团的增加.此外,采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法模拟氯苯分子在制备的多孔炭材料中的吸附行为,结果表明,该材料中孔径为0.5 nm的孔对氯苯分子的吸附能力最强,且对氯苯吸附起主导作用的为苯环中心和Cl原子与炭材料上连接含氧官能团的H原子之间的静电作用力.     

碳包覆Pd/Al2O3催化剂催化4-溴苯酚加氢脱溴的活性和稳定性调控研究

在污染物液相催化加氢脱卤过程中,提高催化剂的稳定性至关重要.以水热合成法制备了不同碳包覆量的Pd/Al₂O₃@C催化剂,对催化剂进行了系列表征,并将催化剂应用于4-溴苯酚(4-BP)污染物的催化加氢脱溴反应.表征结果显示碳层提高了Pd/Al₂O₃的表面疏水性,有利于4-BP在催化剂上的吸附.并且在Pd/Al₂O₃@C催化剂的碳化过程中,碳还原部分Pd颗粒,并保留部分正价态Pd活性位,增强了4-BP中C-Br键的活化.与Pd/Al₂O₃相比,碳涂层提高了催化剂的催化活性.但当碳包覆量超过最佳包覆量后,暴露的Pd粒子随碳包覆量的增加而减少,导致活性下降.此外,碳层修饰后,催化剂的稳定性显著提高,从而大大抑制了Pd粒子的团聚和损耗.Pd/Al₂O₃@C表面的碳涂层对卤素具有较高的耐受性,从而减轻了液相催化加氢脱卤反应中活性中心的中毒.     

基于3种时间序列模型的九龙江河流库区藻华预测

湖库富营养化和有害藻华是全球性生态环境问题,藻华预测与早期预警是保障湖库水源地供水安全的关键技术.如何基于高频水生态在线监测数据进行藻华的实时动态预测成为水生态管理领域的重大需求.本研究以福建省九龙江江东库区(水源地)为例,利用3年连续观测的逐时平均总叶绿素a浓度数据,对比研究了SARIMA、Prophet和LSTM(长短期记忆神经网络)3种时间序列模型在藻华(日平均叶绿素a大于15μg·L^-1)预测方面的效果.结果表明：(1)时间序列模型要求参数少,灵活性强,能清晰反映水质特征和未来变化趋势,可弥补传统藻类监测预警方法的局限性;(2)基于深度学习框架的LSTM模型,具有独特的迭代优化算法,对藻类非线性变化特征的识别和预测能力较强,其总叶绿素a逐日预测和7日预测效果均显著优于SARIMA模型和Prophet模型;(3)输入数据长度会在一定程度上影响模型预测效果,最优的输入数据时间长度为7 d;输入数据频率对预测效果也有影响,在预测非藻华日时,小时数据的预测效果优于日频率数据;在预测藻华日时,两种频率数据无显著差异,但日频率数据能更准确识别藻华日特征.总结起来,基于...     

兰州地区大气污染的化学组成及来源解析

为探究大气污染的特征,于2020年5月—2021年4月在中国西北部的兰州市区采集了总悬浮颗粒物样品227个,利用离子色谱仪、热/光碳分析仪对主要水溶性离子、元素碳(EC)和有机碳(OC)的质量浓度进行了测定.结果显示,兰州地区大气总悬浮颗粒物质量浓度均值为(376.7±974.8)μg·m^-3,高于国家环境空气质量二级标准(NAAQS),呈昼低夜高的变化特征主要是由于兰州地区夜间大气多处于静稳状态导致的污染物累积效应.水溶性阴、阳离子按质量浓度排序为NO₃^->SO₄^2->Cl^-、Ca²⁺>NH₄⁺>Na⁺>K⁺>Mg²⁺,其中二次离子(NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺     

深圳市纯电动泥头车减污降碳协同效益评价研究

新能源汽车替代传统燃油车是减缓能源与环境压力并如期实现“双碳”目标的重要途径,但在重型车辆、工程车等领域推广较为缓慢.深圳市自2019年开始推广使用纯电动泥头车,并计划到2025年新能源环卫、泥头车数量达到8000辆.为深入探究纯电动泥头车替代柴油泥头车所产生的减污降碳协同效益,本研究基于一手调研数据,采用生命周期评价方法并结合GREET模型,对比分析了两类泥头车在燃料周期、车辆周期和配套设施周期3个周期内的能耗、主要空气污染物及碳排放情况.结果表明,纯电动泥头车全生命周期内能耗较柴油泥头车可减少36.2%,主要污染物如NO_x、SO₂、VOC和PM_2.5降幅分别达81.3%、37.8%、29.0%和25.9%;温室气体(GHGs)排放强度减少14.4%,基准情境下2030年和2050年推广纯电动泥头车GHGs累计减排量分别为71.4万t和258.5万t.尽管节能减排效果显著,但其初始购置和售后维保成本过高是制约其推广的最主要因素,通过降低车辆及电池生产制造成本、提高充换电设施数量及售后维保能力等有望加快泥头车纯电动化.