人工湿地小试系统藻类去除效果的变化研究

夏季在水力负荷为800mm/d间歇式进水条件下,研究了人工湿地不同工艺流程的8套小试系统SSP（system of small plot）内部水流方向上藻类去除率的变化。结果表明：人工湿地小试系统中,藻类生物量沿水流方向逐渐减少,除藻率在出水处均达到最大值。藻类的去除主要发生在湿地水流方向的前几层,而系统其他层对藻类只有微弱的去除效果。由下行池与上行池构成的湿地系统中,去藻是上、下行池共同作用的结果。在有推流床或塘处理系统参与的湿地系统中,它们对藻类的去除均有一定的作用。去藻作用主要是基质的拦截,不同的水流方向、植物和微生物也起到了一定作用。湿地对藻类的去除率在夏季一般都能达到90%以上,证明人工湿地是一种有效的除藻生态-生物方法,对除藻要求比较高水体的湿地构建及工艺流程的设计、组合具有重要意义。     

复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术研究

针对水力压裂区域化瓦斯增透盲区,提出了水力割缝局部化瓦斯增透技术措施,形成了复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术,并进行现场验证。研究结果表明:水力压裂区内的3个压裂钻孔平均瓦斯抽采纯流量较238底板道常规抽采钻孔单孔瓦斯抽采纯流量提高15.8倍,瓦斯抽采浓度提高4%,压裂区瓦斯抽采纯流量较对比区提高2.1倍,但水力压裂区域性措施受断层及煤层硬度等地质条件限制,存在盲区;水力割缝增透区内的抽采钻孔瓦斯浓度平均提高4.9倍,瓦斯纯流量平均提高3.3倍,对不同地质条件的适应性强,但是割缝影响范围小,抽采时效短;复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术综合了水力压裂与割缝的优点,对复杂地质煤层具有较强适应性,大幅提高了瓦斯治理水平。现场验证结果表明复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术在复杂地质条件下煤层强化抽采中有较好的实际应用价值。     

受限空间网状高分子材料抑制油气爆炸实验研究

为研究新型网状高分子材料对油气爆炸的抑制作用,搭建了狭长受限空间油气爆炸抑制实验系统,进行了油气爆炸抑制实验,通过对比是否按留空率规范填充抑爆材料所达到的3种工况,分析了爆炸超压值、升压速率、火焰强度和火焰持续时间等特性参数变化情况。实验结果表明:新型网状高分子材料对油气爆炸产生的最大爆炸超压值、升压速率和火焰强度有明显的抑制作用;新型网状高分子材料对火焰的传播有明显的阻滞作用,使火焰传播速度减小;当新型材料按照规范填充时,最大爆炸超压值和升压速率分别下降了84.36%和 39.18%以上,火焰被完全熄灭,并且距离点火端越远,抑爆效果越明显。     

基于改进遗传-单纯形混合算法的危险气体泄漏溯源分析

当发生危险气体泄漏时,确定其泄漏位置和泄漏源强,是制定应急方案的基础和依据之一。当无法直接确定泄漏位置、测量泄漏源强时,就需要通过有限的几个监测点,反演出可能的泄漏位置和泄漏源强,现有方法存在收敛过慢、初值敏感、参数过多等问题。描述一种结合改进遗传算法和单纯形法的IGA-NM混合算法,可用于快速反算气体泄漏的位置和源强。IGA-NM混合算法既避免了GA的收敛过慢,又避免了NM初值敏感,兼顾了全局优化。与GA、NM相比,IGA-NM混合算法的计算速度更快,计算误差更小。最后,应用IGA-NM混合算法,基于WebGIS设计了一套计算气体泄漏源强和位置的计算机程序,简化了输入参数,使用方便,可适用于气体泄漏应急监测、大气污染源溯源反查等场合     

城市扩展过程对湿地影响的情景模拟研究——以河北怀来为例

在复杂多变的环境下,情景模拟法因其能考虑突发干扰的影响并能聚焦长期规划而表现出突出的优势。怀来是北京重要的水源地和环境保护屏障,2022年北京-张家口冬奥会的筹办将可能加快怀来的经济发展和城市扩展,进而对湿地的空间压力产生重要影响。因此,论文利用情景模拟法,结合城市扩展模型（land use scenario dynamics-urban,LUSD-urban）和湿地空间压力模型,模拟了趋势外推、城市规划和冬奥会3种情景下怀来未来城市扩展对湿地的空间压力。结果显示城市扩展导致怀来湿地空间压力增大,湿地平均压力从2000年的0.399增加到2013年的0.439,增长了10.03%。同时,湿地空间压力高于0.5的像元比例从6.73%增加到17.42%。3种情景下,2013—2030年怀来的湿地空间压力将增长0.002~0.005。冬奥会的举办将为怀来湿地带来更大的空间压力,冬奥会情景下湿地压力的热点区面积最大,为83.74 km²,是3种情景下共有热点区面积的1.44倍,新保安镇、土木镇和沙城镇的非城市用地面临的空间压力较大。因此,怀来县在未来制定城市规划时应充分考虑县内湿地生态系统,在保护湿地资源的基础上有效促进经济的发展。     

中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响——以呼和浩特-包头-鄂尔多斯城市群地区为例

理解中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响对提高干燥地人类福祉和实现区域可持续发展具有重要的意义。为此,论文以正在经历快速城市化的呼和浩特-包头-鄂尔多斯（呼包鄂）地区为例,从区域、城市和旗县3个尺度上揭示了该地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。首先,量化了呼包鄂地区1990年的生境质量、粮食生产、肉类生产和碳储量4种关键生态系统服务。然后,分析了1990—2013年呼包鄂地区的城市扩展过程。最后,在区域、城市和旗县3个尺度上评价了呼包鄂地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。结果显示,1990—2013年,呼包鄂地区经历了快速的城市扩展过程,城市用地面积从314.22 km²增加到692.10 km²,增长了1.2倍。区域城市扩展过程导致4种生态系统服务均明显下降。其中,粮食生产服务损失最严重,损失量达1.36×10⁴ t,约占1990年全区粮食生产总量的1%。边缘型和飞地型城市扩展对生态系统服务的影响最明显。1990—2013年,边缘型城市扩展导致的粮食生产、肉类生产和碳储量损失量占区域城市扩展过程中各项服务损失总量的比例均超过60%,飞地型城市扩展造成的肉类生产服务损失量大于区域城市扩展过程中该服务损失总量的1/3。边缘型和飞地型城市扩展过程导致的耕地和草地大量减少是造成生态系统服务快速下降的主要原因。因此,建议在呼包鄂地区的城市化进程中应提高城市用地利用率,控制边缘型和飞地型城市扩展,以减少城市扩展过程对生态系统服务的影响。     

燃煤电厂颗粒物中硫酸根与硝酸根离子的转化规律

燃煤电厂排放的颗粒物可以分为可凝结颗粒物（condensable particle matter,CPM）和可过滤颗粒物（filterable particle matter,FPM）.通过分析7个超低排燃煤电厂的湿法脱硫（wet flue gas desulfurization,WFGD）进出口和湿电除尘（wet electrostatic precipitator,WESP）出口烟气中CPM和FPM的SO₄^2-和NO₃^-浓度,揭示了这2种典型水溶性离子在烟道内的变化规律与转化特征.结果表明在WFGD前后,CPM中的SO₄^2-和NO₃^-浓度呈降低趋势,其降低率范围分别为43.12%~86.84%和17.99%~91.58%,而FPM中SO₄^2-和NO₃^-浓度呈增大趋势.在WESP前后,CPM中SO₄^2-和NO₃^-浓度呈增大趋势,增长率范围分别为21.05%~424.65%和13.51%~298.37%,而FPM中SO₄^2-和NO₃^-浓度呈减小趋势.在WFGD中,随着烟气温度降低和湿度增加,部分CPM会通过冷凝和团聚作用进一步转化为FPM;在WESP中,由于烟气一直处于低温、高湿的条件,烟气中存在的SO₂与NO₂会结合水蒸气发生氧化还原反应,进而经过协同作用促进CPM中SO₄^2-和NO₃^-的生成.     

中国暖季近地面臭氧浓度空间格局演变及主要气象驱动因素

中国的近地面臭氧（O₃）浓度在2015~2018年间持续升高,已成为仅次于颗粒物的重要大气污染物.基于中国337个城市2015~2018年暖季（4~9月）的实时O₃浓度数据和气象数据,利用趋势分析、空间自相关、热点分析和多尺度地理加权回归（MGWR）,研究了2015~2018年中国暖季地表O₃浓度的空间演变格局,探讨了气象因素对其驱动的空间差异性.结果表明：①中国暖季O₃浓度整体呈显著升高趋势（P<0.05）,平均升高速率为0.28 μg·（m³·a）^-1,其中超过55%的城市O₃浓度每年升高0.50 μg·m^-3;②O₃浓度存在明显的区域差异,高值区（平均浓度>60 μg·m^-3）分布在华东、华北、华中和西北部分地区;低值区（平均浓度<20 μg·m^-3）分布在华南和西南地区;③O₃浓度变化趋势在空间上存在位于华东、华北、西北以及华中地区的热点区域和位于西南、华南（广西）以及东北地区的冷点区域;④气温是中国暖季O₃变化的主要气象驱动因素,其对华北、西北和东北地区O₃浓度的影响显著高于其他地区;除广西、云南和江西部分地区外,O₃浓度与气温呈显著正相关;O₃浓度在华南、华东和华中大部分地区与风速呈显著负相关,O₃浓度在华北和东北部分地区与风速呈显著正相关;除辽宁、山东、河北、甘肃、广东及西南部分地区外,O₃浓度与云层覆盖度呈显著负相关;除西北和西南部分地区外,O₃浓度与降水呈显著负相关.     

石家庄市大气污染物的季节性时空特征及潜在源区

为系统研究石家庄市季节性典型污染物的重污染传输特征,基于2018年12月~2019年11月46个环境监测站（PM_2.5、PM₁₀、O₃、NO₂、SO₂和CO）及17个气象站（温度、湿度和风速）的小时监测数据,利用插值（IDW）和相关方法,分析污染物的季节性时空特征;并结合GDAS数据,采用后向轨迹方法,研究污染物的季度传输格局和潜在源区.结果表明：①不同季节具有典型的污染物,季节性典型污染物和污染率依次为：春季（PM₁₀,48.91%）、夏季（O₃,81.97%）、秋季（PM₁₀和PM_2.5,47.54%和32.79%）和冬季（PM_2.5,74.44%）,其与气象条件变化有显著联系;②春季PM₁₀与风速呈负相关,呈西北高、东南低的空间格局,主要传输方向为南向（53.32%）,潜在源区（WPCWT_ij≥160 μg ·m^-3）为河北（冀）中南、河南（豫）中北及山西（晋）中部,且山东（鲁）西和陕西（陕）西北部的传输也会贡献（WPSCF_ij≥0.3）市域的PM₁₀浓度;③夏季O₃与温度呈正相关,与湿度呈负相关,传输通道方向为东南-南向（54.24%）,其潜在源区呈以石家庄市为中心,沧州和菏泽为两翼的新月形区域;④秋季和冬季PM_2.5与湿度呈正相关,冬季呈西低、东高态势分布,输送方向为：秋季（东北-东南,74.75%）,冬季（西北,55.47%）,主要污染源区（WPCWT_ij≥180 μg ·m^-3）集中在冀中南、豫北和晋中西部.     

工业源VOCs污染防控对策案例研究

挥发性有机物(VOCs)已经与氮氧化物(NOx)、颗粒物等成为我国典型城市群的主要大气污染物,其中工业源VOCs排放量大,是珠江三角洲地区影响最大的一类VOCs排放源。由于VOCs种类繁多,来源及转化生成臭氧的机制复杂,为解决此类复杂的VOCs污染问题,文章以东莞市作为珠三角典型区域代表,归纳总结了VOCs防控措施,分析了工业源VOCs治理的难点,有针对性地提出相关的有效对策建议,以期为大气环境质量管理和决策提供有益帮助,也为全国其他城市的VOCs污染防控提供借鉴。