甘肃积石山强震诱发同震滑坡-泥流灾害链联动耦合致灾效应

近年来黄土区强震和极端天气诱发的典型滑坡-泥流灾害链事件呈多发态势,链式地质灾害较单一灾害隐蔽性更强、波及范围更大、破坏程度更高、损失更严重,因此链式地质灾害防控研究一直是防灾减灾的热点和难点。2023年12月18日23时59分,甘肃省临夏州积石山县发生Ms 6.2级地震,震源深度10 km,已造成151人死亡。此次强震诱发青海省民和县中川乡草滩村—金田村滑坡-泥流链式灾害,共造成20人死亡,灾害链致死率占地震遇难总人数的13.5%。灾后通过遥感影像处理解译、文献资料整理甄别、无人机摄影航测、野外详细勘查访问、现场采样分析测试等手段方法,对滑坡-泥流链式灾害开展了较全面系统研究,恢复和重现滑坡-泥流灾害链的启动-滑动-流动-堆积过程,探讨提出“滑源区地表冻结阻隔滞水效应、滑源区沟谷整平回填滞水效应、滑源区台地灌溉渗流饱水效应、滑源区振动液化筛选启动效应、滑源区漏斗收口增速启动效应、流通区土体差异流动分选效应、流通区沟岸坍塌补给增流效应、流通区沟底冰封饱水加速效应、堆积区上游渗水补给增程效应”等9大联动耦合致灾效应。该研究可为链式地质灾害的形成机理与防控提供科学参考。

黄土堆填场地转化为泥石流物质过程--以兰州市碱水沟为例

黄土地区人工堆填场地是近几年兰州市拓展城市用地空间的一个新举措,在场地边缘形成较多堆填边坡,成为参与泥石流的潜在物质。以兰州市碱水沟“4•19”泥石流灾害为例,结合粒径分析试验、扫描电镜图像及野外入渗试验,探讨其特征及运行模式,并提出相应的治理建议。结果表明:1)黄土地区人工堆填体颗粒粒径<1.000 mm的物质约占11.4%~55.2%,有利于泥石流启动;2)以2个相距170 m的泥位调查断面做比较,下游断面流量增加2.5倍,说明入渗引起的黄土湿陷能促进泥石流物质的转化率;3)入渗试验表明:黄土堆填场地渗透性强,低水头条件下8 min左右达到稳定入渗状态,高水头条件下12 min左右达到稳定入渗状态,能在较短的时间内使土壤软化,影响人工堆填场边坡稳定,提高泥石流物质转化速度;4)黄土地区人工堆积体场地诱发的泥石流流动模式复杂、多变,兼具波状流和间歇流的特点。在此基础上,笔者提出过程管理和重点防护相结合的防治模式。

陇中黄土高原不同类型土壤团聚体稳定性及抗蚀性研究

以陇中黄土高原地区黄绵土(LS)、灰钙土(CS)、红黏土(RC)和灌淤土(SS)四种典型土壤为研究对象,探讨不同土壤类型农田土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力。本研究采用干筛-湿筛法得到不同粒级团聚体比例,来计算水稳性团聚体平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、颗粒分形维数(D)、团聚体破坏率(PAD)、>0.25 mm占比[M_((w>0.25))]和土壤可蚀性因子K值。结果表明,水稳性团聚体平均质量直径红黏土和灌淤土显著性大于黄绵土和灰钙土,几何平均直径红黏土>灌淤土>黄绵土>灰钙土,分别为0.41、0.30、0.23和0.21 mm,各土壤类型间差异性显著;颗粒分形维数灰钙土最大,红黏土最小,分别为2.97和2.90;湿筛对土壤团聚体的破坏率红黏土和灌淤土显著小于黄绵土,黄绵土最大;>0.25 mm水稳性团聚体占比最大的是红黏土,为45.87%,灌淤土次之,黄绵土最小,为23.53%。相关性分析结果表明,土壤团聚体稳定性各指标间的相关性良好,其中MWD与GMD、M_((w>0.25))呈极显著正相关(p<0.01),与D、K呈极显著负相关(p<0.01),与PAD呈显著负相关(p<0.05);GMD与其他土壤团聚体各项指标均表现出极显著相关性(p<0.01);土壤有机质与土壤稳定性各指标之间也呈现出极显著相关性(p<0.01)。结论表明,土壤抗蚀性红黏土灌淤土较好,黄绵土居中,灰钙土最差。研究结果可为陇中黄土高原地区不同土壤类型农田土壤抗侵蚀能力提供参考,对黄土高原土壤水土保持功能的提升及水土保持效应的持续稳定发挥具有重要意义。

纳米颗粒对十四烷相变材料热物理性质的影响

以十四烷作为基液,纳米颗粒Al_(2)O_(3)、CuO、MgO和多壁碳纳米管(MWCNT)为添加剂,分别制备质量分数为1%、2%、3%、4%和5%的十四烷纳米复合相变材料,并对其进行形貌结构表征和热物理性质研究。结果表明:纳米颗粒的加入使相变温度变化不大,潜热值降低了0.66%~14.43%;热导率明显提升,并且随着纳米颗粒质量分数的增加而增加;纳米复合相变材料在50℃以上才会出现分解,高于应用范围;与纯十四烷相比,纳米复合相变材料的相变时间明显缩短。最佳纳米颗粒为MWCNT,最佳质量分数3%,热导率0.1897 W/(m·K),潜热值199.7 J/g,可作为一种潜在的相变蓄冷材料。

林草植被恢复类型对黄土团聚体稳定性和入渗特性的影响

[目的]对比不同林草植被恢复类型下黄土团聚体稳定性和入渗特性的差异,为黄土高原地区生态恢复模式的合理优化提供理论支持。[方法]以黄土区撂荒地(C_(1),对照)、苜蓿地(C_(2))、天然草地(C_(3))、油松+侧柏混交林(L_(1))、刺槐+侧柏混交林(L_(2))为对象,采用萨维诺夫法和单环双水头法分别测定了水稳性团聚体组成状况、饱和导水率(K_(s))。以平均质量直径(MWD)、几何直径(GMD)、颗粒分形维数(D)、破坏率(PAD)、>0.25 mm水稳性团聚体占比(M w)和饱和导水率为评价指标,分析了不同林草植被恢复类型的土壤团聚体稳定性和入渗特性差异及其影响因素。[结果]①0—30 cm土层范围内,C_(1)的GMD和MWD最低,林草植被恢复类型的GMD,MWD表现为L_(1)和C_(3)>L_(2)和C_(2),而PAD和D则相反。②0—10 cm土层,L_(1)的>0.25 mm水稳定团聚体含量最高(47.24%),其次是C_(3)和L_(2),C_(1)最低(24.00%);而10—30 cm土层,C_(3)的>0.25 mm水稳定团聚体含量最高(10—20 cm处为35.41%,20—30 cm处为27.96%),L_(2)最低(10—20 cm处为11.46%,20—30 cm处为8.00%)。③不同林草植被恢复类型的表层土壤入渗特性变异系数均介于0.001~0.360,L_(1)的K_(s)(0.307 cm/min)最大,C_(1)的K_(s)(0.044 cm/min)最小。④团聚体稳定性指标(PAD除外)和K_(s)均与有机质、孔隙度、容重呈现显著或极显著相关。[结论]林草植被恢复有助于改善黄土团聚体稳定性和入渗特性,长期林地恢复类型(L_(1))的团聚体稳定性和入渗特性优于天然草地(C_(3)),而短期林地恢复类型(L_(2))却不如天然草地(C_(3)),植被恢复应注重时间的积累。

兰州市北山削山造地的土壤质量变化评价

[目的]评价兰州市北山削山造地引起的土壤质量变化,旨在为该区削山造地工程和生态效益评价提供科学依据和建议。[方法]选择兰州市城关区北山原有耕地、林地、草地、削山产生的新造地4种土地利用方式,采集土壤物理性质、化学性质和根系生物量样品,基于主成分分析法(principal component analysis,PCA)筛选出最小数据集(minimum data set,MDS),通过土壤质量指数对兰州市北山土壤质量进行评价。[结果]①基于包括12项理化指标的土壤质量全数据集(total data set,TDS)的主成分分析,构建了由容重、速效磷、速效钾、全氮、pH值组成的最小数据集。②兰州市北山4种土地利用方式下土壤质量指数排序为:耕地>林地>新造地>草地,削山造地显著影响了土壤的水分保持、有机质积累、全氮、速效钾含量等。③最小数据集和全数据集之间相关性系数为0.66,最小数据集能够较好地进行土壤质量评价(p<0.01)。[结论]兰州市北山的耕地和林地具有更好的土壤质量,新造地土壤的持水与积累养分能力低于原有耕地和林地,是未来植被恢复和重建的重点区域。削山造地时应尽量安排在草地上进行,注意对原有耕地和林地的保护。

油料作物秸秆生物炭对水体中铅离子的吸附特性与机制

为探索利用废弃生物质资源制备生物炭去除水体中Pb^(2+)污染的可行性,以农业废弃物胡麻秸秆和油菜秸秆为原材料,采用限氧裂解法在700℃条件下制备油菜秸秆(rape straw)生物炭和胡麻秸秆(flax straw)生物炭,通过2种生物炭对Pb^(2+)的批量吸附试验,利用4种吸附动力学模型(拟一级动力学、拟二级动力学、Elovich模型和颗粒内扩散模型)和4种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich、Temkin和D-R模型)研究了胡麻和油菜秸秆生物炭对Pb^(2+)的吸附行为。同时,通过(brunauer emmett teller,BET)比表面积和孔径分析、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对生物炭的结构和性质进行了表征,初步探讨了2种生物炭对Pb^(2+)的吸附机制。结果表明,胡麻和油菜秸秆生物炭分别在4 h和10 h达到吸附平衡,理论最大吸附量分别达到220.07和307.59 mg/g;2种生物炭对Pb^(2+)的吸附符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,表明其吸附过程为单分子层吸附;2种生物炭对Pb^(2+)的吸附作用为物理-化学复合过程,吸附机制主要包括静电作用、离子/配体交换、阳离子–π作用。研究结果可为油料作物秸秆的资源化利用和生物炭对水中重金属污染防治提供理论依据。

生物炭负载纳米羟基磷灰石复合材料的制备及对铅离子的吸附特性

以玉米秸秆为前体,在高温限氧条件下,将纳米羟基磷灰石(nano-HAP)负载于生物炭(BC)表面制备出了生物炭负载纳米羟基磷灰石(n HAP/BC)复合材料,并利用SEM、XRD和FTIR对其进行表征。批量吸附实验考察其对Pb^(2+)的吸附特性,研究pH、投加量、吸附时间、初始浓度及吸附温度等因素对吸附的影响。通过吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学分析了吸附特性,通过解吸实验考察了解吸再生效应,并对吸附机制进行了探讨。结果表明:与BC相比,n HAP/BC复合材料具备更好的吸附效果,25℃时理论最大吸附量为383.75mg/g。n HAP/BC对Pb^(2+)的吸附符合拟二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,表明n HAP/BC对Pb^(2+)的吸附为单分子层化学吸附。热力学参数ΔG<0、ΔH>0,表明吸附是一个自发的吸热过程。n HAP/BC对Pb^(2+)的吸附机制主要包括nano-HAP的溶解-沉淀作用以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用。n HAP/BC具有良好的循环利用能力,是一种潜在的Pb^(2+)高效吸附材料。

两种油料作物秸秆生物炭对土壤中铅的钝化修复

随着经济的发展和工业化进程的加快,土壤重金属污染问题日益严重,而利用比表面积大、孔隙结构丰富的环境友好型材料生物炭对重金属污染土壤进行钝化修复具有重要的现实意义。采用人工模拟铅污染土壤进行培养试验,以3%的比例分别施加油菜(Brassica campestris L.)秸秆生物炭(BRS)和胡麻(Sesamum indicum)秸秆生物炭(BFS),研究了两种生物炭对铅污染土壤中Pb形态变化的影响。通过施加生物炭后土壤pH、阳离子交换量(CEC)、土壤有机质(SOM)的变化,结合扫描电镜(SEM)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积及孔径分析和X射线衍射(XRD)等表征手段对生物炭进行形貌和结构分析,探讨了两种生物炭对土壤铅的形态转化影响机制,为生物炭修复铅污染土壤提供科学依据。结果表明,与对照组相比,施加BRS和BFS后土壤pH值分别升高了0.79和0.98,CEC分别升高了13.97 cmol·kg^(-1)和15.92 cmol·kg^(-1),SOM分别升高了31.031 3 g·kg^(-1)和36.247 7 g·kg^(-1),但均未达到显著性差异;碳酸盐结合态铅含量降幅最为显著,分别为10.89%和9.7%,可交换态、铁锰氧化物结合态和有机态铅含量略有降低,而残渣态铅含量增幅较大,分别达到了18.01%和17.56%。铅形态变化是土壤pH升高、CEC及SOM含量增加共同作用的结果。可交换态、碳酸盐结合态铅含量与土壤pH、CEC、SOM达到极显著相关。综上,两种生物炭对铅污染土壤具有良好的钝化修复效果。

包头市不同功能区土壤重金属污染评价

为了解包头市城市土壤重金属污染状况,将包头市城区土壤按使用功能不同进行分区,采其表层土壤进行重金属含量的测定,并用地累积指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态风险指数法对其进行评价。结果表明:重金属元素除Cr外,包头市各功能区土壤Pb,Zn,Cu和Cd含量均已超过本地区自然土壤重金属元素含量的平均值;地累积指数法显示城区土壤中Pb和Cd为中度污染,其他重金属为轻度污染或者无污染;内梅罗污染指数法显示工业区、商业区和科教区均呈重度污染,居民区和城市绿地为中度污染;包头市城市土壤整体处于"中等"潜在生态风险危害水平,这需要引起相关部门的注意。

包头城区大气PM_(2.5)污染特征及来源解析

为探讨包头城区大气PM_(2.5)污染特征及主要来源,在包头城区设立4个采样点,于2015年12月-2016年9月采集大气PM_(2.5)样品,共获得160个有效样品,分析了PM_(2.5)及其无机元素、水溶性离子、元素碳(EC)和有机碳(OC)的质量浓度和污染特征。同时采集了包头城区土壤风沙尘、建筑施工尘、道路扬尘、煤炭燃烧尘、装备制造尘和金属冶炼尘等6类污染源,建立了包头市大气PM_(2.5)排放源成分谱。应用非负主成分回归化学质量平衡(NCPCRCMB)模型分析了PM_(2.5)来源。结果表明:观测期间包头市PM_(2.5)的年均浓度为80.58μg/m3,是中国《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)年均PM_(2.5)二级标准限值的2.3倍;大气PM_(2.5)的季节变化特征为春、夏、秋三季低冬季高,且冬季显著高于其他三季;大气PM_(2.5)主要来源于二次离子和道路扬尘(贡献率分别为34.37%和15.98%),其他污染源贡献率相对较小。

Vis/LaFeO_(3)/PDS复合高级氧化体系降解亚甲基蓝的机制

采用超声辅助溶胶-凝胶法制备对可见光(Vis)有良好响应性的LaFeO_(3)晶体,将其与过二硫酸盐(PDS)结合,构建Vis/LaFeO_(3)/PDS复合高级氧化体系,用以降解亚甲基蓝(MB)。结果表明:在PDS浓度为0.5 mmol/L、LaFeO_(3)投加量为0.5 g/L时,Vis/LaFeO_(3)/PDS体系30 min对质量浓度为30 mg/L的MB的去除率可达92.4%;复合体系对pH值有较强的适应性,Vis、LaFeO_(3)、PDS三者复合,通过提高光生电子-空穴对的分离效率,促进Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的氧化还原循环和氧空位向活性氧自由基的转化,提高了空穴(h^(+))、SO^(-)_(4)·、单线态氧(^(1)O_(2))等活性物质的产生效率和氧化活性能力的发挥。Vis/LaFeO_(3)/PDS体系是光催化和过硫酸盐高级氧化技术的高效结合,其协同效应在废水中难降解有机物的治理方面具有较好的应用前景。

镧柱撑膨润土对铅的吸附特性

以钠基膨润土(Na-B)为原料,加入镧柱化剂,采用水热法制得镧柱撑膨润土(La-P),用比表面积、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等手段对材料进行表征分析,并考察La-P对Pb(Ⅱ)的吸附行为。结果表明:(1)镧柱化剂进入到Na-B层间,起到了增大层间距的作用。(2)La-P对Pb(Ⅱ)吸附的最佳pH为4。(3)Langmuir方程能较好地描述La-P对Pb(Ⅱ)的吸附行为,表明其吸附过程为单分子层吸附,拟合得到的最大吸附量为32.89mg/g,表现了较好的Pb(Ⅱ)去除能力。(4)准二级动力学模型可较好描述La-P对Pb(Ⅱ)的吸附过程,该吸附以化学吸附为主;颗粒内扩散模型表明,La-P对Pb(Ⅱ)的吸附速率受膜扩散和颗粒内扩散共同影响。

包头城区冬春大气颗粒物污染特征及其与气象条件关系

包头2015-2016年冬春季节出现了连续的雾霾天气,不仅对能见度产生较大影响,而且严重危害人体健康。选取了包头主城区8个空气质量浓度监测点的数据,对主城区的PM2.5和PM10污染特征进行分析,确定其空间差异特征和时间性变化特征.依据监测区功能的不同,将包头主城区划分为5个区域,对各个区域监测点数据筛选整理,得到冬春季各个区域PM2.5和PM10质量浓度由高到低的顺序均为:工业区>商业区>文化区>交通枢纽区>公园游览区。各区域颗粒物月变化曲线呈双峰单谷型,12月最高,2月最低,并对成因进行分析总结;逐日变化反映PM2.5和PM10质量浓度具有较好的相关性,且受气象条件影响显著;日变化呈双峰双谷趋势。选取了气温、气压、相对湿度和风速等气象因子,利用Spearman秩相关分析研究各个气象因子对大气PM2.5和PM10质量浓度的影响。包头春季PM2.5和PM10的质量浓度分别与气温、气压正相关,与风速、相对湿度(伴有降水时)负相关,风速、气压和相对湿度是影响污染物质量浓度分布的主要因素.

基于地区特色的大气污染控制工程课程教学改革研究

依据环境工程专业的培养目标,提出了大气污染控制工程课程改革应从理论教学及实践教学两个环节着手,体现为冶金、电力等地区行业培养环保人才的专业特色。

包头市铜厂周边土壤中重金属垂直分布特征与形态分析

为了解包头市铜厂周边地区土壤剖面中重金属污染状况,采用火焰原子吸收分光光度法和Tessier连续提取法,对土壤中6种重金属(Cu,Zn,Mn,Ni,Pb和Cd)的垂直分布特征、形态及潜在生物可利用性进行了分析。结果表明:研究区土壤剖面各层土壤中6种重金属含量均超过内蒙古土壤背景值,Cu,Pb和Cd为主要污染物。随采样深度的增加,Cu,Zn,Pb和Mn的含量呈现下降趋势,且由相关性系数可知重金属Cu,Zn和Pb可能有相同人为或自然污染源;土壤剖面中6种重金属均主要以残渣态存在,含量均在50%以上,对生物危害较小;潜在生物可利用性分析结果为:Cu(32.61%)>Mn(31.85%)>Ni(24.90%)>Zn(16.60%)>Cd(15.23%)>Pb(14.87%),Cu和Mn的潜在生物可利用性较大,其次为Ni,Zn,Cd和Pb潜在生物可利用性较小。

2016—2021年固阳县环境空气质量变化趋势及改善举措

为了解包头市固阳县环境空气污染现状,系统分析污染物浓度变化特征,对固阳县2016—2021年环境空气中的SO_(2),NO_(2),PM_(10),PM_(2.5),CO,O_(3)浓度随时间变化特征开展研究.采用空气质量指数法,确定固阳县首要污染物,并提出改善环境空气质量相关措施.结果表明:2016—2021年空气质量相对较好的为2020年,2018年为相对较差年份,3月至5月空气质量指数较大;研究期内臭氧和PM_(10)为固阳县环境空气首要污染物;SO_(2),NO_(2),CO质量浓度表现为冬春季高,夏秋季低.臭氧浓度变化为秋冬季较低,夏季浓度达到最大;PM_(10),PM_(2.5)质量浓度呈春季高夏季低趋势.建议通过调整和优化产业结构与能源结构,构建科学的监督管理模式以及加强污染物的治理力度等措施改善环境空气质量.

碳纳米管修饰LaFeO_(3)/TiO_(2)复合材料的光催化性能与机理

采用超声辅助溶胶凝胶法制备了LaFeO_(3)颗粒,进一步以碳纳米管(CNTs)为基底和钛酸丁酯为前体,通过一步水热法煅烧合成CNTs/TiO_(2)/LaFeO_(3)(CTF)三元异质结光催化复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、氮气吸附-解吸等温线(BET)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、光致发光光谱(PL)等表征手段对材料的形貌与特征结构、比表面积和孔径结构以及光学特征进行了分析,并在紫外光下通过降解活性黑五(RB5)测试样品的光催化性能。结果表明,以CNTs作为载体,能够有效提升LaFeO_(3)/TiO_(2)复合材料的光催化性能。当CNTs在复合材料中的质量占比为5%时,150 W汞灯照射下RB5的50 min去除率可达99.5%。CNTs一方面通过增加复合材料的比较面积为催化反应的进行提供了更多的活性位点,更为重要的是,CNTs作为光生载流子传输的通道加快了电荷分离效率,提升了复合材料的降解能力和催化反应动力学进程。

盐酸改性水淬渣对苯胺废水吸附的研究

在静态条件下研究了盐酸改性水淬渣对废水中苯胺的去除效果,探讨了水淬渣粒径、振荡处理时间、水淬渣投加量、pH值对苯胺去除率的影响。结果表明:在处理时间为60 min、投加量为0.5 g、废水pH值为3的条件下,100目改性水淬渣对50 mL浓度为10 mg/L的苯胺废水具有最佳处理效果,此时去除率可达79.29%。

硅酸钙处理富营养化湖水中总磷的实验研究

为了研究硅酸钙对富营养化湖水中总磷的吸附性能,分别在夏季和冬季进行了一系列实验研究。经测定,水样中总磷的质量浓度在夏季、冬季分别为0.19 mg/L和0.10 mg/L,实验结果表明:采用硅酸钙处理富营养化湖水,每100 mL水样中投加硅酸钙0.8 g,在pH=6、振荡时间为60 min的条件下,硅酸钙对富营养化湖水中总磷的去除率在夏季、冬季分别可达到89.26%和76.54%;其吸附等温线符合Langmuir和Freundlich吸附等温式,最大吸附量为5.32 mg/g。