基于小波分解及遗传BPNN耦合模型的地表水As浓度预测研究

随着工业的快速发展,水体中污染物超标事件时有发生,造成了较严重的水环境污染问题.水环境监测与预报是环境科学研究的重要内容.为了实现地表水砷（As）污染的准确预报,本研究提出小波分解、遗传算法与BP人工神经网络的耦合建模方法,并结合某河流监测站1998—2016年共19年的地表水质监测数据,通过皮尔逊相关系数和信息指标评价法对模型输入变量进行筛选,最后对比分析了在不同水质参数输入情况下BP人工神经网络（BPNN）、遗传算法改进的BPNN（GABP）、小波-遗传BPNN耦合模型（W-GABP）对后6年（2011—2016年） As浓度预测结果的均方根误差（RMSE）、决定系数（R²）、平均绝对百分比误差（MAPE）,以确立最优模型.结果表明：①多水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为17.51%、15.98%、14.46%,单水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为18.78%、16.74%、7.83%;②小波分解数据前处理及遗传算法均能较大程度地提高预测模型的精度;③对于地表水水质预报,需对比不同模型在不同输入变量下的预测结果,以获得最佳的预测精度.单水质参数输入的W-GABP耦合模型能较准确地预报地表水As浓度的变化情况,对数据缺乏地区水质监控和地表水As污染防治具有重要意义.     

基于Box Behnken设计的煤导热系数分析与预测

为研究分析水分、固定碳及密度3个因素对煤导热系数的影响,选取多个矿井不同煤质的煤作为实验煤样,使用NETZSCH LFA457型激光导热系数测试仪进行测定,并引入二次响应曲面试验设计思想,采用Design Expert软件进行煤质指标的Box Behnken试验设计,按设计表筛选实验数据,构建了导热系数多因素、多水平影响下二次回归响应曲面模型,并对不同采样地点的煤导热系数进行了分析与预测。结果表明:二次回归方程P值小于0.000 1,极显著,失拟项为0.072 4,不显著,回归方程具有统计学意义;当水分在0.9%~10.9%,固定碳在49.3%~83.6%,密度在1.2~1.92 g·cm³之间,对煤的导热系数一次项影响程度为密度>固定碳>水分;二次项影响程度为固定碳和密度>水分和密度>水分和固定碳,且固定碳和密度之间存在交互作用,水分和密度、水分和固定碳之间无交互作用;应用响应曲面模型预测的煤导热系数误差为4.3%,满足精度要求。     

坡度和植被盖度对河岸坡面侵蚀产沙特征的影响

坡度和植被盖度是影响坡面土壤侵蚀的重要因子,探讨坡面土壤侵蚀产沙对坡度和植被盖度的响应,对坡面土壤侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。研究基于野外模拟径流冲刷试验,分析了不同坡度（5°、10°、15°、20°）和植被盖度（0、15%、30%）条件下坡面径流系数、泥沙量、时段径流含沙量和侵蚀泥沙粒径组成的变化过程,并运用双因素方差分析和相对贡献指数阐明黄河下游河岸坡面侵蚀产沙特征对坡度和植被盖度交互作用的响应。结果表明：不同植被盖度下坡面径流系数随冲刷历时增加而增加,在冲刷历时前5 min增幅较快,之后增幅变慢并趋于平缓;坡面径流含沙量随冲刷历时呈逐渐下降趋势,随后趋于平缓。坡度小于15°时,不同植被盖度之间的径流系数和时段径流含沙量差异较为明显,坡度大于15°后差异减小。侵蚀产生的泥沙量随冲刷历时和坡度的增加而增加;在同一坡度上,植被覆盖越低,侵蚀产生泥沙量越大。侵蚀泥沙的主要富集粒级中,Dx(10)以粉粒为主,Dx(50)以粗粉粒和极细砂粒为主,Dx(90)以极细砂粒和细砂粒为主。双因素方差分析表明,坡度对河岸坡面侵蚀产生的径流系数、产沙量和径流含沙量均有极显著影响（P<0.001）,植被盖度对产沙量和径流系数有极显著影响（P<0.001）,而坡度和植被盖度的交互作用仅对径流系数有显著影响（P<0.01）,同时相对贡献指数表明,在坡度和植被盖度对坡面侵蚀产沙的交互作用中,植被盖度的作用随坡度的增加逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,并成为影响坡面水土流失的主导因素。     

甘肃黄土丘陵地区农户取暖用能需求的评价

甘肃黄土丘陵地区冬季温度多处于0 ℃以下,农户取暖水平低。论文通过实地观测记录获取数据,建立趋势面模型,核算采暖期累计温差和实际用能消耗,提出以16 ℃的室内温度为小康取暖标准。参考国家相关标准,比较实际用能和应用节能技术下用能的热效率。结果表明,陇东长官村和陇中河畔村农户采暖期累计温差分别为23 002 h·℃和36 390 h·℃,实际取暖能耗分别为926 kgce/a和1 199 kgce/a。农户取暖用能数量虽不少,但目前只解决了小康水平下39.6%和46.6%的取暖需求。取暖用能的综合热效率只有17%左右。如果应用节能技术,能耗会大幅降低,提高综合热效率的潜力巨大。因此,通过住房的节能改造和用能设施的改善来提高房屋的保暖性、降低单位面积的热损耗是今后解决取暖用能问题的主要方向。     

美国水环境质量基准体系

美国依据《清洁水法》建立了一套较完善的水环境质量基准体系,并开展了水生生物基准、人体健康基准、营养物基准、沉积物质量基准、细菌基准、生物学基准、野生生物基准和物理基准等方面的研究. 在重点分析美国水环境质量基准体系、基准制定方法和研究进展的基础上,提出了我国开展水环境质量基准研究的建议,即提高对我国开展水环境质量基准研究的迫切性和重要性的认识,并根据我国的实际情况,建立一套适合我国国情的水环境基准体系和基准制订工作指南,同时做好国外水环境质量基准的采用与验证工作.      

成渝经济区河流表层沉积物中多溴联苯醚的分布特征

在成渝经济区内采集了19个表层沉积物样品,采用GC/MS方法对其中的PBDEs(Polybrominated Diphenyl Ethers,多溴联苯醚)进行了检测. 结果表明,沉积物中w(ΣPBDEs)(ΣPBDEs包括BDE-1,BDE-15,BDE-17,BDE-28,BDE-47,BDE-66,BDE-71,BDE-85,BDE-99,BDE-100,BDE-126,BDE-138,BDE-153,BDE-154,BDE-166,BDE-181,BDE-183和BDE-190)为0.20～6.45 ng/g,w(BDE-209)为0.44～6.29 ng/g. 与其他地区相比,成渝经济区内PBDEs的污染水平相对较低, 大部分样品中的PBDEs以BDE-209为主,说明成渝经济区河流沉积物中的PBDEs主要来自十溴联苯醚; 但PBDEs的组成特征显示,彭山岷江大桥沉积物中的PBDEs主要来自五溴联苯醚,而官渡沉积物中的PBDEs主要来自八溴联苯醚. 此外,一些以往工作较少关注的PBDEs单体,如BDE-1,BDE-15,BDE-181和BDE-190等,不但在沉积物中的检出率较高(均高于70%),而且有的含量也相对较高.      

大伙房水库沉积物重金属形态分析及污染特征

采用BCR连续提取法对大伙房水库沉积物中7种重金属元素(Cr,Ni,Cu,Zn,As,Cd和Pb)的赋存形态进行了分析,并结合重金属总量讨论了各元素的潜在环境危害性. 结果表明,Cd主要以醋酸可提取态及可还原态存在,具有很强的环境危害; Pb主要以极高比例的可还原态存在,潜在环境危害较高; Zn,As和Cu存在较大比例的酸可提取态及可还原态,也具有一定程度的潜在环境危害; Cr和Ni以残渣态为主,产生环境危害的可能性极小. 相关分析结果显示,Cu,Zn,As,Cd和Pb各赋存形态含量及总量与沉积物性质之间的相关性均不显著,说明大伙房水库沉积物受到了这5种重金属元素外源输入的影响.      

铁磁性纳米材料的制备及对17β-雌二醇的选择性富集——基于分子印迹技术

将铁磁性分离与分子印迹技术结合,以四氧化三铁纳米颗粒为核,以17β-雌二醇(E2)为模板分子,3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)为功能单体,利用表面聚合法制备了E2分子印迹纳米材料(MIPs)和不含E2的非印迹纳米材料(NIPs).通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS...     

三峡水库香溪河库湾氮磷分布状况及沉积物污染评价

为了解三峡大坝蓄水完成之后香溪河库湾水体及沉积物中氮、磷的分布状况以及沉积物污染水平,2013年4月对三峡水库香溪河库湾进行调查采样,测定表层水及沉积物中氮磷含量和形态组成。结果表明,香溪河库湾表层水总磷(TP)含量范围为0.20~0.51 mg·L~(-1),总氮(TN)含量范围为0.54~2.25 mg·L~(-1),TP主要由磷酸盐(PO_4~(3-))组成,TN主要由硝酸盐(NO_3~-)以及氨氮(NH_4~+)组成,TP在空间上呈现从河口向库尾逐渐升高的分布格局,TN分布从河口向库尾逐渐降低。香溪河库湾沉积物中TP含量变化范围为642~1 189 mg·kg~(-1),TN含量变化范围为867~1 718 mg·kg~(-1),沉积物TP含量分布呈现上游高下游低,沉积物TN分布趋势呈现中间高,两头低。沉积物中TP主要由无机磷(IP)组成,有机磷(OP)所占比例较小,其中IP由钙磷(Ca-P)、铁铝磷(Fe/Al-P)组成,三者含量:Ca-POPFe/Al-P,且沉积物TP含量空间变化受到三者影响(P0.05)。采用单一因子标准指数法对香溪河库湾沉积物中TN、TP污染水平进行评价,结果表明,表层沉积物中TN、TP最低级别污染指数平均值为2.0和1.6,表层沉积物中TN、TP污染指数均超过最低污染水平,且TP的严重级别污染指数达到0.5以上。三峡水库三期蓄水完成以后,香溪河库湾表层水体中氮磷含量较初期蓄水有所升高,各样点沉积物中氮磷含量表现出相同的趋势,沉积物中不稳定磷释放对水体富营养化具有影响,香溪河库湾的表层沉积物已经受到一定的污染,磷污染水平较高。     

曹妃甸老龙口现代沉积环境及重金属污染特征研究

利用测年、重金属测定、粒度测定等方法,对河北曹妃甸老龙口区域的7个柱状沉积物进行了粒度、沉积物的测年、重金属含量测定和分析,探讨潮滩重金属沉积的控制因素和迁移规律.结果显示,老龙口潮滩属于细沙和粉沙,根据同位素测年结果,L06沉积速率最大,为0.90cm/a;其余柱状样沉积速率均小于0.5cm/a,平均沉积速率为0.32cm/a,曹妃甸潮滩属于缓慢沉积;柱状样垂直方向波动剧烈,受人类活动影响明显.重金属的含量在柱样的30~40cm深度呈现向表层递增的趋势,Hg、Cr的污染比较严重、其他元素基本无污染.虽然多数重金属元素在背景值附近没有出现污染现象,生态危害性极低,但是,受Pb、Hg中度重金属生态危害的影响,该区域多种重金属生态危害指数(ERI)达158.41,表现为中等程度的生态危害性;存在一定的潜在生态风险.