大气环境科学综合数据采集共享平台建设及应用研究

为实现大气重污染成因与治理攻关项目数据的统一管理和数据共享,基于美国电子政务共享框架（Federal Enterprise Architecture Framework,FEA）方法论和数据中台思想,采用JAVA平台和SOA框架,以大气重污染成因与治理攻关项目科研数据为主,整合全社会大气科学数据资源,面向京津冀、汾渭平原大气污染成因与治理改善分析的核心业务需求,建设集多源异构数据采集、治理、共享、分析、发布于一体的大气环境科学数据采集与共享平台;建立完善的线上数据治理流程,采用多种算法实现大气业务数据集的实时质控;采用分级、分权限的数据共享机制和共享接口动态编辑技术,建立一站式数据枢纽.结果表明:①建立大气科学数据规范分类体系,提供从原始数据、二次数据产品、大气攻关信息发布等多种类型的数据共享服务.②建立海量多源异构综合数据集,包括空气质量、组分、污染源、气象、健康等11类,数据总量4.3 TB,包括7.5亿条数据和66万个文件.③开发交互式GIS服务和线上评估分析工具,实现环境空气质量评估、气象影响分析、组分变化、污染源统计四类主题数据服务.④向大气重污染成因与治理攻关项目各课题组、七省（市）提供多种形式共享,开放104个数据接口,实现21亿条数据、2万份文件、15个专题共享,有力地支撑了大气重污染成因与治理攻关项目的各项研究.      

基于NPP-VIIRS夜间灯光的长株潭地区县域土地利用碳排放空间分异研究

从县域尺度开展土地利用碳排放空间分异研究,对指导区域实现碳达峰及碳中和目标具有重要意义.基于2013—2019年NPP-VIIRS夜间灯光数据测算长株潭地区县域土地利用碳排放,并运用探索性空间数据分析和地理探测器,对长株潭地区县域土地利用碳排放空间分异特征及影响因素进行分析.结果显示：①2013—2019年,长株潭地区县域土地利用碳排放差异较为显著,基本上在波动中呈递减趋势,空间上呈现自中部地区向四周地区渐弱的态势;②2013—2019年,研究区土地利用碳排放Moran''s I值呈"上升下降再上升"的趋势,由2013年的0.275841最终减少为2019年的0.270621,空间集聚特征较为显著,总体呈正相关;局部空间自相关均未出现高低、低低集聚型区域,且高高集聚型区域固定为湘潭市市辖区;③综合4年指标探测结果来看,长株潭地区县域土地利用碳排放影响因素的解释力q值为0.200~0.868.其中,单位能源消耗碳排放、第一产业产值比重、人均土地面积、土地利用程度指数、城镇化率在研究期间出现频率较高且出现时的q值均大于0.50,且任意两个影响因素交互作用后影响力表现为双因子增强和非线性增强.     

煤矿瓦斯涌出时序预测的自组织数据挖掘方法

为分析煤矿瓦斯涌出复杂系统时间序列预测方法,提出自组织数据挖掘(SODM)与相空间重构(PSR)相结合的预测建模方法。首先应用C-C方法计算时间序列的最佳嵌入维数和延迟时间后进行PSR;然后以二元二次方程为传递函数,以嵌入维数变量为自变量,以延迟时间后的时间序列为因变量,通过内准则确定传递函数系数和外准则选择最优传递函数,并以最优传递函数的输出为下层迭代传递函数的输入,最后获得最优复杂度预测模型。算例结果表明:该方法对煤矿瓦斯涌出量预测的相对误差为-5.751 7% ~6.049 3%,平均相对误差2.145 7%,预测结果能满足煤矿安全生产实际工程应用要求。     

基于数据挖掘技术的事故隐患预警方法研究

为改良企业既有隐患排查治理方法,提高辨识效率,提升整改效果,应用并优化数据流滑动窗口模型、等价类变化算法、变化挖掘算法等数据挖掘技术,构建1种关联隐患预警方法,该方法以企业历史隐患数据为基础,通过挖掘实时隐患数据的关联规则,发布关联隐患的类型、存在可能性和变化模式等预警信息,指导企业进行针对性排查和整改。最后,以72家安全管理性质相似企业的28 957项隐患数据为例,验证该方法可行性。研究结果表明:该方法不但能挖掘关联隐患类型及其变化模式,而且预警准确率随置信度水平提升而不断提高。     

利用日本青鳉评估胜利油田水体毒性效应

为了评估胜利油田石油开采对水体的影响,采集了东营市主要河流的18个点的水样,实验室条件下利用日本青鳉(Oryzias latipes)及鱼卵孵化试验检测水样的急性和慢性毒性效应. 结果显示,18个水样对日本青鳉幼鱼都没有急性毒性;与对照相比,88.9%的水样对青鳉鱼卵孵化有一定的影响,其中72.2%的水样中鱼卵的孵化率差异极显著(P<0.05);数据分析发现,鱼卵的慢性毒性效应与水质检测中的9个单个观测指标没有显著的相关性(P>0.05).利用日本青鳉评价胜利油田水体毒性效应的方法可行,水体对日本青鳉有一定的慢性毒性效应,而水体污染与胜利油田区油井的空间分布没有明显规律性.      

1,4-二氯苯对小白菜种子萌发和幼苗的毒性

采用室内模拟染毒法,研究1,4-DCB(1,4-二氯苯)对3种小白菜种子(矮青6号、上海青和秦白2号)萌发和蔬菜幼苗的毒性作用. 结果表明:1,4-DCB作用后,3种小白菜种子的发芽势、种子发芽率、发芽指数和活力指数均降低,并呈现一定的剂量-效应关系;种子受1,4-DCB胁迫后,小白菜幼苗的根和苗生长都受到了抑制,根长和苗高降低,根苗比显著下降;随着ρ(1,4-DCB)的升高,受胁迫后的幼苗叶片的w(游离脯氨酸)呈现先升高后降低的趋势,而MDA(丙二醛)含量逐渐升高,与ρ(1,4-DCB)呈正相关;幼苗叶片SOD(超氧化物歧化酶)活性在ρ(1,4-DCB)为5 mg/L时升高,在ρ(1,4-DCB)为10和50 mg/L时明显降低;与对照组相比,各处理组幼苗叶片POD(过氧化物酶)活性均升高,但是ρ(1,4-DCB)为50mg/L时酶活性比ρ(1,4-DCB)为10 mg/L时下降. 表明水体中1,4-DCB污染对蔬菜种子萌发和幼苗生长产生毒性,其毒性机制与膜脂质过氧化有关.      

Cu2+和Cd2+对斑马鱼胚胎早期发育的联合毒性

采用斑马鱼胚胎早期发育技术,测定Cu2+和Cd2+ 2种重金属对胚胎发育的毒性效应. 以24 h致死和72 h胚胎孵化抑制为毒性终点,2种重金属的剂量-效应曲线可用Weibull函数或Logit函数有效描述,由最佳拟合函数计算得出半数致死浓度(LC₅₀)或半数效应浓度(EC₅₀)为毒性效应的评价标准,2个毒性终点的重金属毒性大小顺序均为Cu2+>Cd2+. 应用浓度加和(CA)与独立作用(IA)2种模型,对72 h孵化抑制率的无观测效应浓度(NOEC)配比混合物的联合毒性作用进行了预测,通过混合物试验观测数据的95%置信区间与CA模型和IA模型预测的剂量-效应曲线进行比较分析表明,2种模型都可以有效预测斑马鱼胚胎孵化的联合毒性.      

疏浚对梅粱湾表层沉积物重金属赋存形态及其生物毒性的影响

选择太湖梅梁湾未疏浚、疏浚后1周和疏浚后半年的表层沉积物为研究对象,测定其中重金属的含量及其不同赋存形态所占比例,开展沉积物间隙水中重金属毒性试验,据此探讨疏浚对沉积物中重金属含量及其赋存形态所占比例和生物毒性的影响. 结果表明:太湖梅梁湾调查区未疏浚沉积物重金属含量明显高于疏浚区,重金属的生物毒性占沉积物综合毒性的25%～35%. 疏浚后1周沉积物重金属含量急剧降低32%～51%,但对重金属生物毒性影响较大的吸附态及碳酸盐结合态重金属比例由未疏浚时的未检出或含量极低增加到40%～83%,生物毒性相应增加17%～38%;疏浚后半年,沉积物中重金属的总量略有回升,吸附态及碳酸盐结合态重金属比例下降,生物毒性下降并低于未疏浚时水平.      

烟气脱硫设施运行及脱硫电价实时监控系统设计

由于缺乏有效监管手段,目前脱硫设施实际投运情况不理想。设计了一套B/S架构的烟气脱硫设施运行及脱硫电价实时监控系统,分为数据采集、数据通讯、数据处理及发布3个子系统。选择能全面反映脱硫设施运行状况的28个信号,采用"共享-分流"信号防伪采集技术进行采集,通过电力系统内载波电话拨号与无线GPRS两种通讯方式相互竞争、互为备用来实现可靠通讯,并经过软件防伪判别模块和统计运算后以WEB形式发布。数据以5m in的间隔实时刷新,且每小时更新脱硫投入率、脱硫电价款等报表数据。     

含砷废物资源化产品中砷的浸出特性与环境风险分析

分别以我国某地2种含砷废物(污泥和废渣)为研究对象,用EA NEN 7371实验方法分析其不同资源化产品(烧制砖、免烧砖和含砷水泥等)中As的有效量浸出特性,从环境风险的角度探讨了含砷废物资源化利用的可行性. 结果显示:含砷污泥进行烧砖处置后,其产品中As的有效量浸出率从15%左右升至60%～70%;含砷废渣与水泥进行混合粉磨共处置后,含砷水泥产品中As的有效量浸出率从60%～70%降至4%以下;含砷废渣制成免烧砖后,As的有效量浸出率从60%～70%降至10%左右. 表明含砷污泥不宜进行烧砖处置;而含砷废渣可根据含砷量,在控制掺加比例的条件下与水泥熟料共处置生产混合水泥或作为原材料生产免烧砖.