综合生态安全格局构建与城市扩张模拟的城市增长边界划定——以天水市规划区（2015—2030年）为例

传统的城市增长边界划定方法,一般仅考虑生态安全格局,并未考虑在现有客观条件下的城市扩张趋势,划定结果具有一定的主观性;或仅对城市的扩张进行模拟,忽略了城市的生态安全问题。针对上述问题,论文通过耦合城市综合生态安全格局与基于CA_Markov模型的城市扩张模拟结果,提出了一种新的城市增长边界划定方法:首先,合理选取因子构建研究区的综合生态安全格局,利用禁建区对综合生态安全格局的结果进行修正,获得研究区的刚性增长边界;其次,合理选取城市扩张驱动因子,通过CA_Markov模型预测城市扩张边界;最后,综合考虑刚性增长边界、模拟获得的城市扩张边界及近期城市拓展方案等,获得最终的城市增长边界。并以天水市规划区（2015—2030）为案例,对方法的科学性进行了说明。结果表明,论文划定的城市增长边界内总面积370.56 km²,占规划区总面积的7.7%。此方法能够有效解决城市增长与生态保护之间的矛盾,对河谷型城市等建设用地匮乏、生态环境脆弱城市的增长边界划定具有良好的应用价值,也可为其他类型城市的城市增长边界划定提供参考。     

河谷型城市风场及污染物扩散的CFD数值仿真

为研究河谷型城市地形及其引起的风场和污染物扩散的复杂问题,利用CFD（计算流体力学）方法和复杂地形网格生成技术,建立河谷型城市风场及大气污染分布的数值仿真模型,实现CFD方法在复杂地形空气运动和污染物扩散方面的应用.分别使用LES（large eddy simulation）模型和mixture模型研究兰州市地面风场特征和污染物扩散形态,计算得到的污染物分布结果与实测结果分布一致.结果表明:复杂地形对空气运动的影响很大,如风速因山体屏障作用会呈现带状分布特征,山体后侧易出现弱风区域;同时,风场会密切影响污染物扩散,决定了污染物扩散形态,如幅散能够影响污染物扩散范围及污染水平.而给定西北风条件下,如地面以上10 m、风速为5 m/s、不受地形阻挡情况下,工业区污染物浓度被稀释10倍,约扩散2.2 km;山体阻挡会抑制污染物纵向扩散,表现在山体阻挡情况下污染物稀释100倍时的扩散长度约为相对平坦区域的1/3.此外,不同的入口风向会引起空气运动与山体相互作用发生变化,进而会使得地面风速、局部风场存在差异,造成污染物扩散及分布形态差异.研究显示,CFD方法可行,模型可靠,可以用来研究地形对风场和污染物扩散的影响.      

人工注气及生物产气对孔隙介质中DNAPL运移影响

重非水相液体(DNAPLs)的污染和治理问题是国内外研究热点,由地下水曝气技术注入的人工气体或生物作用等产生的气体必然对DNAPL在地下水系统中的运移及修复产生影响.采用CCD实时监测系统,以TCE为目标污染物,通过3个二维砂箱试验,以饱水条件下DNAPL的运移为对照,研究了人工注气及生物产气对DNAPL在孔隙介质中运移的影响.结果表明:(1)基于CCD相机的透射光监测系统是一种研究二维孔隙介质中多相流迁移规律的有效非侵入式监测方法,应用于实时监测水/NAPL,水/气,水/NAPL/气多相系统中流体渗流过程.(2)人工注气和生物产气两种条件下,气体在多孔介质中的分布特征有差异,前一条件下气体连续分布,后一条件下则以非连续分布的气泡为主.(3)在水/气两相系统中,气体的存在使得DNAPL污染羽的整体形状更加不规则;同时缩短了TCE污染羽前缘整体平均垂向下迁距离;也导致迁移路径上孔隙中TCE的截留量变小.DNAPL的入渗过程受重力影响以垂向渗流为主,垂向渗流时易于驱替孔隙中的水分,然而水平渗流时优先驱替孔隙中的空气.     

生物滞留设施去除城市道路径流中邻苯二甲酸酯的效果评估

上海市区道路径流中存在邻苯二甲酸酯(PAEs)污染,平均浓度达到171.71μg·L~(-1),高于欧洲和澳大利亚道路径流浓度近一个数量级,直接排放会对地表水体造成污染.为了从源头控制道路径流中PAEs污染,在上海内环高架道路下建造了应用规模生物滞留设施,研究城市绿色基础设施对道路径流中6种美国EPA优先控制PAEs污染物的控制效果及机理.生物滞留设施表面积为20 m2,汇水面积约为400 m2,底部带有防渗膜,适用于高地下水位地区.结果表明,8场监测降雨事件中,设施出水∑6PAEs平均浓度为10.23μg·L~(-1),显著低于道路径流∑6PAEs平均浓度171.71μg·L~(-1)(p0.05).沉淀预处理对PAEs无显著去除效果,生物滞留池对DEHP的去除率与TSS的去除率呈显著正相关,主要通过基质层截留作用去除;DEP、DBP、DMP等低分子量PAEs的去除率与设施水力负荷呈负相关,主要通过生物滞留池基质的吸附作用去除.DEHP、DBP为我国《地表水环境控制标准》控制污染物,生物滞留池出水DBP浓度低于标准值3μg·L~(-1),达标率100%;出水DEHP浓度大多情况下低于标准值8μg·L~(-1),达标率为71%,生物滞留设施可以有效控制道路径流PAEs污染.本研究的结果适用于我国东南部地下水位较高的地区,可为绿色基础设施控制地表径流PAEs提供设计理论指导.     

河南省冬季3次重污染过程的数值模拟及输送特征分析

利用WRF-Chem模式模拟2015年11月27日—12月1日、12月5—14日、12月19—25日河南3次重污染过程,结合空气污染资料和ERA-Interim再分析资料,对比分析了这3次重污染过程的开始、持续和结束及污染物的输送特征.结果表明,静稳天气有利于污染的发展持续,3次重污染过程的结束均是由西路冷空气入侵造成的.第1次重污染过程平均风场上的风速均为小风或静风,从湖北到河南南部风向为偏南风;而第2和第3次重污染过程平均风场分别以偏东和偏北风为主.第2和第3次重污染过程中均存在明显的由北向南的污染物输送过程.3次重污染过程中,河南省本地排放对本省PM_(2.5)浓度的平均贡献率最大,而河南省周边区域对河南PM_(2.5)浓度的平均贡献率在这3次过程中不一样,第1次重污染过程,河南南部主要受偏南风影响,湖北对河南PM_(2.5)浓度的平均贡献率最大,为20.7%;第2和第3次重污染过程主要受偏东风影响,安徽和江苏对河南PM_(2.5)浓度的平均贡献率最大,分别为17.7%和18.5%.3次重污染过程中,安阳的主要污染输送源均不相同,分别来自河北、江苏和安徽、本省.     

中国城市PM2.5时空动态变化特征分析:2015-2017年

近年来我国雾霾事件频发.采用2015-2017年全国329个地级及以上城市PM_2.5浓度每小时监测数据,利用全域空间自相关法、自然正交函数和空间描述统计分析的方法,从时空视角来揭示PM_2.5浓度的时间动态变化规律以及空间分布特征.研究发现：①从全国范围内来看,PM_2.5浓度均值逐年降低,降幅最高为夏季,最低为冬季,PM_2.5浓度位于40~60 μg·m^-3之间的城市降幅较大.PM_2.5浓度年内表现为"冬高夏低,春秋居中"的时间动态变化规律,且各年PM_2.5浓度达优良率不断提高.②细颗粒物污染改善程度最大的为德州,京津冀城市群和长三角城市群改善程度居中.全国PM_2.5污染范围逐年缩小,但新疆西部和冀鲁豫仍为高污染区,西南和东南沿海地区为低污染区.各区域污染的空间集聚逐年缩小.优良达标率在空间分布特征上无显著变化.③"大气十条"部分指标已完成,未来细颗粒物污染治理重点区域仍以京津冀地区为核心.在防治空气污染方面,必须加强区域联防联控机制.     

生物炭的制备及其镁改性对污染物的吸附行为研究

以小麦和玉米秸秆为原料,于不同温度下制备了生物炭样品,并采用氯化镁(MgCl_2)、乙酸镁(Mg(CH_3COO)_2)和硝酸镁(Mg(NO_3)_2)对秸秆及其生物炭进行改性.通过分析各生物炭产率、pH、元素分析、比表面积、CEC、XRD及FT-IR,探究了生物炭理化性质的变化规律.各样品对氨氮、Pb(Ⅱ)及乙草胺的吸附试验结果表明:小麦秸秆经Mg(CH_3COO)_2改性后得到的生物炭的饱和吸附量最大;对3种吸附质的吸附过程均符合准二级吸附动力学方程;低浓度下吸附过程均可自发进行,对氨氮的吸附符合Langmuir模型且以离子交换作用为主,对Pb(Ⅱ)的吸附符合Freundlich模型且以离子交换作用为主,对乙草胺的吸附符合Langmuir模型且以分配、氢键和π-π电子受体供体作用为主.     

植物叶表尘及重金属对城市大气颗粒物污染的指示与评估

城市大气颗粒物污染问题日渐突出,目前主要依靠大气站点的直接观测数据反映污染的即时状况,而植物叶表尘及重金属的监测为评价大气颗粒物阶段性污染状况提供了新的途径.本研究通过分析北京交通带和公园共7个样点的臭椿(Ailanthus altissima)、槐(Sophora japonica)、北京杨(Populus beijingensis)、榆树(Ulmus pumila)、紫叶李(Prunus cerasifera f.atropurpurea)等5种常见绿化树种的叶表尘及重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn含量,并计算尘金属综合累积指数(MAI),进而与邻近站点大气颗粒物观测数据对比并进行统计分析,尝试量化评价植物所处环境的大气颗粒物及尘重金属综合污染状况.结果表明:采用榆树叶表尘可量化评价大气可吸入颗粒物PM10的月均质量浓度,相对误差为1.2%~10.6%;臭椿叶表尘可量化评价大气细颗粒物PM2.5的月均质量浓度和月均空气质量指数(AQI),相对误差分别为0.18%~3.7%和0.26%~5.7%.MAI值可指示大气尘重金属综合污染状况,本研究中京承高速和朝阳公园大气尘重金属综合污染较重,其次为念坛公园、望京公园和玉蜓桥,最轻为岳各庄桥和麋鹿苑.     

利用多模式最优集成方法预报上海PM2.5

采用多模式最优集成方法(OCF),对PANDA项目中国和欧洲7个空气质量模式的PM_(2.5)预报结果进行集成释用.2016年6月—2017年5月对上海逐日预报试验结果表明:和最优单模式预报结果相比,OCF预报的PM_(2.5)日均质量浓度的均方根误差降低1.9μg·m-3,相关系数提高0.04,日均质量浓度的精度评分TI提高了2.4,污染TS评分提高了0.28,污染空报率降低了20%,显著提高了PM_(2.5)污染等级预报、趋势预报和精度预报的技巧.对长三角合肥、南京、苏州、杭州、宁波5个城市的预报试验也得到类似的结果,为城市空气质量预报提供了新的方法和思路.但OCF对客观预报的改进幅度在夏季不如冬季显著,在降雨日相对较低.     

兰州主城区大气颗粒物质量浓度及健康风险

分别在2013年春季3月23日~3月29日和冬季12月15日~12月21日对兰州市主城区5个采样点进行采样,每天每个采样点采集8个样品,共采集有效样品560个.通过实验室分析和重金属健康风险评价,结果显示：兰州市主城区≤ 10μm颗粒物中,主要分布在5.8~10.0μm （春、冬季）、1.1~3.3μm （春季）和0.65~3.3μm （冬季）范围内,Pb在PM_3.3~4.7（一级支气管）中的质量浓度最大,分别为0.2352ug/m³（春季）和0.2177ug/m³（冬季）,Cd作为一种致癌重金属在PM_9.0~5.8、PM_4.7~1.1均被检出.儿童、成年男性、成年女性的非致癌风险值HZ在春季和冬季分别为0.842、0.360、0.345和0.842、0.326、0.361,低于1不存在非致癌的风险,致癌风险值RIS在10^-6~10^-4的范围内,不存在致癌风险,但儿童RIS值较高,对儿童的健康状况的影响,应受到社会群体的重视.