基于随机模拟的地下水污染物最优水力截获量

水力截获技术是净化或抑制地下水污染最为广泛使用的一种方法，而该技术实施过程中，如何确定最优水力截获量是其需要重点解决的关键问题.本文针对传统确定性方法计算最优水力截获量不合理的问题，从水文地质参数的随机性出发，应用基于随机理论的蒙特卡罗方法，通过实例来研究渗透系数的空间变异性对地下水污染物水力截获系统的影响，并寻求估算最优水力截获量的新方法.通过研究表明：基于确定性方法计算出最优水力截获量为110m³/d时恰好能完全截获污染区的污染物；应用随机模拟研究含水层渗透系数的空间变异性对水力截获系统的影响，发现当以传统确定性方法所计算的最优水力截获量（110m³/d）抽水时，并不能总是完全截获地下水污染物，其面临的稳定平均风险率高达24%；充分考虑了含水层渗透系数空间变异的Monte Carlo方法较以往传统确定性方法更为可靠，为此本文提出利用随机方法从截获系统可接受风险角度确定最优截获量的新思路.     

武汉市城市化过程中的空气质量响应研究

以武汉市2000-2013年的城市化水平和空气质量状况数据为基础,运用主成分分析法和目标比率模型构建综合评价体系,并用多元回归模型进行检验,探究城市化过程中的空气环境质量响应特征.结果表明:1)2000年以来,武汉城市化进入稳增长的快速抬升阶段,空气污染综合指数总体变化平稳,2013年有变坏的趋势;2)不同类型的污染物对城市化水平具有不同的响应规律和影响程度,SO2为倒“U”型,表明随着城市发展,SO2浓度得到控制并呈下降趋势;NO2为“U”型,近9年来NO2浓度不减反增,对空气环境污染严重;而PM10及空气质量综合水平表现为倒“N”型特征,表明现阶段空间环境呈现污染加重的趋势;3)城市化快速扩张过程中的基础设施建设、建筑扬尘,汽车尾气排放、工业烟尘等是影响武汉空间环境质量的主要因素,需有针对性地加强城市空气环境管理.     

Spatial allocation of material flow analysis in residential developments: a case study of Kildare County,Ireland

Studies of urban metabolism provide important insights for environmental management of cities, but are not widely used in planning practice due to a mismatch of data scale and coverage. This paper introduces the Spatial Allocation of Material Flow Analysis (SAMFA) model as a potential decision support tool aimed as a contribution to overcome some of these difficulties and describes its pilot use at the county level in the Republic of Ireland. The results suggest that SAMFA is capable of identifying hotspots of higher material and energy use to support targeted planning initiatives, while its ability to visualise different policy scenarios supports more effective multi-stakeholder engagement. The paper evaluates this pilot use and sets out how this model can act as an analytical platform for the industrial ecology–spatial planning nexus.     

Development of the Spatial Rainfall Generator (SRGEN) for the Agricultural Policy/Environmental Extender Model

Accurate spatial representation of climatic patterns is often a challenge in modeling biophysical processes at the watershed scale, especially where the representation of a spatial gradient in rainfall is not sufficiently captured by the number of weather stations. The spatial rainfall generator (SRGEN) is developed as an extension of the “weather generator” (WXGEN), a component of the Agricultural Policy/Environmental eXtender (APEX) model. SRGEN generates spatially distributed daily rainfall using monthly weather statistics available at multiple locations in a watershed. The spatial rainfall generator as incorporated in APEX is tested on the Cowhouse watershed (1,178 km²) in central Texas. The watershed presented a significant spatial rainfall gradient of 2.9 mm/km in the lateral (north‐south) directions based on four rainfall gages. A comparative analysis between SRGEN and WXGEN indicates that SRGEN performs well (PBIAS = 2.40%). Good results were obtained from APEX for streamflow (NSE = 0.99, PBIAS = 8.34%) and NO₃‐N and soluble P loads (PBIAS ≈ 6.00% for each, respectively). However, APEX underpredicted sediment yield and organic N and P loads (PBIAS: 24.75‐27.90%) with SRGEN, although its uncertainty in output was lower than WXGEN results (PBIAS: ?13.02 to ?46.13%). The overall improvement achieved in rainfall generation by SRGEN is demonstrated to be effective in the improving model performance on flow and water quality output.     

亚热带丘陵小流域土壤有效磷空间变异与淋失风险研究

肥料过施导致的土壤磷素累积和淋失是农业面源污染的重要方面.以湖南省长沙县金井镇脱甲河小流域(52 km2)为研究区,采用高密度布点采样、Arc GIS软件和属性相似反距离加权插值法研究了亚热带丘陵小流域表层(0~20 cm)土壤有效磷(Olsen-P)含量(以P计,下同)的空间分布特征与磷素的淋失风险.结果表明,菜地、果园、稻田和茶园土壤Olsen-P平均含量为62.0、16.1、14.4和13.7 mg·kg-1,是林地(平均含量为2.36 mg·kg-1)的5.8~26.3倍.5个土地利用类型土壤Olsen-P含量均具有高等变异水平和中等程度的空间自相关性(块基比C0/(C0+C)=50%),这与区内地形地貌、土壤母质、人工施肥等具有密切关系.根据土壤0.01 mol·L-1Ca Cl2浸提态P和Olsen-P的非线性关系可确定区内红壤和水稻土P的淋失风险临界值分别为69.97和98.40 mg·kg-1,并据此对脱甲河小流域土壤磷素淋失的风险进行了定量评价,结果表明旱地土壤具有明显较高的淋失风险,其中中等以上的比例占36.4%,而稻田土壤仅有0.2%,为中等以上淋失风险.因此,控制旱地(尤其是菜地)磷肥的投入是降低亚热带丘陵小流域土壤P淋失风险和减轻农业面源污染的关键.     

东江流域表层土中全氟化合物的空间分布及来源解析

为探究东江流域土壤中全氟化合物(perfluorinated compounds,PFCs)分布特征和潜在来源,2013年8月采集东江流域19份表层土样品,利用高效液相色谱-串联质谱联用(HPLC-MS/MS)技术分析了16种PFCs的含量。结果表明,东江流域表层土总PFCs(∑PFCs)含量范围在2.15~5.49μg/kg dw。所采集的表层土样品中,东江东莞段土壤∑PFCs含量明显高于惠州段,全氟辛烷磺酸(0.65~1.28μg/kg dw)为最主要的污染物。与国内相关研究数据相比,东江流域土壤PFCs含量水平整体较高,这可能与流域产业结构和经济活动有关。主成分分析结果表明,电镀防雾剂、食品包装和全氟羧酸的生产过程、大气沉降、电化学氟化过程为东江流域土壤中PFCs的主要来源。与土壤有机质含量相关性研究表明,PFCs更容易分配到有机质含量高的土壤中,且随着PFCs分子碳链的增加,这种趋势更加显著。     

多级A／O膜生物反应器污泥活性研究

采用一种新型的多级A／O膜生物反应器处理污水,对该工艺的污泥活性进行了研究。结果表明,VSS／SS在实验过程中呈较弱的下降趋势,多级A／O池曝气室污泥比硝化速率逐室下降,但各缺氧室污泥比反硝化速率基本一致;污泥释磷、聚磷过程在30 min和1 h内基本完成,反硝化聚磷试验表明污泥中存在DPB的富集,反硝化作用是反硝化细菌与DPB共同作用的结果。     

基于能值分析的武穴市耕地利用效益时空特征分析

开展耕地利用效益评价,对实现农业生态文明和耕地高效持续利用具有指导意义。结合能值分析、自相关等方法,评价和分析了2002~2011年武穴市耕地利用效益的时空演变特征。结果表明:近10a来武穴市耕地利用效益的能值投入和产出处于上升趋势,增长速度分别达58.17%和61.29%;能值投入中工业能值所占比重最大,超过总量的70%以上,2011年达到82.17%;耕地集约度增加6.60×1015sej的同时环境压力也在变大,耕地环境负载率由2002年的2.88上升至2011年的4.61;农业生产能力和农民生活水平不断提高;空间自相关结果显示武穴市各乡镇单位面积耕地能值投入和产出具有较明显的东高—南低—西平的聚集特征。研究结果对优化武穴市农业生产物化投入结构、提高产出效果,实现耕地高效持续利用具有一定的指导意义。     

西南地区近14a植被覆盖变化及其与气候因子的关系

基于1999~2012年NDVI数据,结合气温和降水资料,运用GIS和RS技术,分析了西南地区近14a植被覆盖的时空变化特征及与气温、降水的关系。结果表明:(1)该区植被生长良好,各植被类型NDVI均呈显著增加趋势。空间整体表现为改善状态,改善面积远大于退化面积,严重退化区仅占1.18%。退化区分布于横断山地北部、四川盆地东部以及云贵高原中部。(2)植被覆盖变化将以良性发展为主,但强持续性的退化区和弱持续性的改善区应值得关注;强持续性的退化区主要分布在横断山地中北部、云贵高原中西部、若尔盖高原中部、四川盆地与若尔盖高原相交区域;草原强持续性的退化面积最大,针阔混交林强持续性的改善面积最大。(3)NDVI与温度存在明显的正相关关系,而与降水及干旱指数变化的关系不太明显,温度是影响该区植被变化的主要自然因素。     

1990年以来长江三角洲耕地资源变化及驱动因子研究

长江三角洲地区是中国经济发展最为快速的地区之一,虽耕地资源秉赋较好,但在经济快速发展的背景下,耕地问题显得十分严峻。以长江三角洲地区16个地级市为研究对象,利用1990~2012年相关数据,以市域为单元分析了耕地资源变化和实际利用强度的时空演变过程。结果表明:(1)1990~2012年,长三角地区的耕地总面积和人均耕地面积呈现周期性的下降趋势,以"快-慢-快-慢-慢"的循环模式逐步降低;(2)长三角地区耕地实际利用强度大体呈现"北强南弱"分布规律,在空间表现上,原来集中连片的 "高-高"、"低-低"格局正逐渐破碎化,开始出现斑点镶嵌式格局;(3)长三角地区的人口、二三产业比重和城市化水平均对耕地面积变化起到显著作用,其弹性系数分别为-0.216、-0.194和-0.203,而人均GDP与耕地面积则没有显著相关性。