典型城市功能区雨水径流溶解性有机质特征及污染源解析

溶解性有机质(DOM)是城市雨水径流中有机污染物的重要组分,可与重金属、多环芳烃等污染物络合,对城市受纳水体造成危害。为探究雨水径流DOM的特性及污染来源,以西安市主城区为例,采集3个功能区(文教区、交通区和商业区)不同下垫面的径流样品,利用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱结合平行因子分析和红外光谱技术,分析DOM组分类型及变化特征,并采用主成分-多元线性回归模型(PCA-MLR)进行污染源解析。结果表明:①除TP以外,3个功能区雨水径流的常规水质指标均未达到GB 3838−2002《地表水环境质量标准》中Ⅳ类水质标准,路面径流DOM含量均高于屋面径流,其中,交通区DOM污染最为严重(42.17~58.80 mg/L),其次是商业区(27.37~54.72 mg/L)。②雨水径流共解析出3类6种荧光组分,路面径流DOM组分较屋面径流更为复杂,前者包括4种腐殖质、1种富里酸和1种类蛋白,后者包括3种腐殖质和1种富里酸,且随着降雨历时的延长,DOM各组分含量呈现下降趋势。③各功能区路面径流DOM所含的主要官能团种类相同,包括−OH、−COOH和苯环等官能团,以及C=C、C=O等不饱和键,其不随降雨历时的变化而改变。④源解析发现,屋面径流DOM污染源包括大气沉降污染(贡献率为44.2%)、屋面材料析出物与交通污染(贡献率为55.8%);路面径流DOM污染源包括交通活动污染(贡献率为39.8%)、大气沉降与土壤侵蚀污染(贡献率为22.4%)、生活污染(贡献率为37.8%)。研究显示,西安市各功能区不同下垫面DOM存在明显的结构性及来源差异,研究成果可为从源头控制城市水环境污染问题提供科学依据。

基于M-ELM的大坝变形安全监控模型

针对大坝变形监测数据存在的非线性强、异常值诊断和剔除工作复杂及传统监控模型抗粗差能力差等问题,结合稳健估计理论抗粗差性强和极限学习机在处理非线性问题方面的优势,建立了基于稳健估计极限学习机的大坝变形安全监控模型。试验确定网络隐含层层数,构建4次方损失函数,采用加权最小二乘法计算输出权值,实现原始监测数据的拟合和预测。以某工程大坝变形监测数据为例进行建模分析,结果表明:以反映模型预测精度的均方误差和平均绝对百分误差及反映模型鲁棒性的中位数绝对偏差作为评价指标,基于稳健估计极限学习机的大坝变形安全监控模型的各项指标明显优于对比模型。

污泥厌氧过程中磷释放与SMP特性研究

以城市污水处理厂剩余污泥为实验污泥,研究污泥厌氧过程中磷释放和溶解性微生物代谢产物(SMP)的变化特性,检测了不同厌氧时长下总磷(TP),SMP中蛋白质与多糖含量,利用三维荧光光谱与液相色谱-有机碳测定仪(LC-OCD)进一步探究了SMP的组分分布状况,应用灰色关联度分析了TP与各组分的相关性.结果表明:随着厌氧时间延长,蛋白质,多糖浓度逐渐增加,TP浓度呈现先增大后减小的趋势,TP浓度在厌氧4d最高,达到14.15mg/g VSS,说明污泥厌氧过程中存在最优释磷时间;将三维荧光光谱分为7个荧光区域,平行因子(PARAFAC)分析表明紫外光区类富里酸和类腐殖酸物质荧光强度随着厌氧时间的延长逐渐增大,微生物代谢产物的荧光强度先增大后减小;SMP中生物高聚物和腐殖酸(Humics)等大分子物质浓度逐渐增大,中分子前驱物呈现先增大后减小的趋势,而小分子物质呈现先减小后增大的趋势;蛋白质、多糖和Humics浓度与TP浓度的关联性显著.研究结果可为优化污泥厌氧释磷,提高磷回收效率提供理论支持.

EDTA对剩余污泥磷释放及MAP法磷回收影响

探究乙二胺四乙酸(EDTA)的添加对剩余污泥厌氧过程中磷释放及后续鸟粪石(MAP)法磷回收的影响.根据EDTA添加量对污泥上清液中总磷(TP)、蛋白质、多糖、DNA和SCOD的影响确定了最优释磷条件,采用响应曲面法(RSM)构建MAP磷回收的二次多项式模型并验证了模型的有效性.结果表明:EDTA添加量为5mmol/L,厌氧5d时预处理效果最佳.污泥SCOD破解度(DD)和TP、DNA、蛋白质及多糖均有显著相关,其中TP相关性最强,皮尔逊相关系数为0.866.MAP磷回收的最佳工艺参数是:pH=9.5,n(Mg):n(P)=1.6,搅拌时间22min,此时磷回收率可达95.68%,形成晶体的主要成分为磷酸铵镁(MgNH_4PO_4×6H_2O),纯度为79.19%.

基于生态位及其熵值模型的陕西省渭河流域用水结构特征

为了阐明陕西省渭河流域用水结构特征,实现水资源的合理配置,以该区域七市一区为研究对象,基于2001—2016年的用水数据,利用生态位理论构建了用水结构生态位及其熵值模型,揭示了各行政区用水结构及其相对于陕西省、全国的演变态势。结果表明:(1)七市一区农业用水生态位最高,工业、生活用水生态位次之;行政区间各用水类型生态位存在明显差异,其中渭南市、榆林市农业用水生态位级别最高,铜川市、延安市工业用水生态位级别最高,西安市在生活用水与城镇公共用水方面级别最高。(2)行政区各用水类型生态位宽度普遍大于陕西省及全国,其中农业用水生态位宽度分别是陕西省与全国的1. 15～2. 62、1. 36～3. 09倍,工业用水生态位宽度分别是陕西省与全国的0. 75～4. 13、0. 86～4. 71倍,反映出区域用水结构处于调整阶段且工、农业用水调整力度大于陕西省及全国平均水平。(3)相较于全国,陕西省农业用水与城镇公共用水处于扩充状态,生活用水与工业用水处于压缩状态;相较于陕西省,不同行政区各用水类型有扩充也有压缩。运用生态位理论能够全面、直观地反映陕西省渭河流域行政区用水结构的变化,方法简便、实用,具有可推广性。

突变综合评价理论在滑坡体安全分析中的应用

【目的】克服目前滑坡安全评价中直接使用权重进行分析的主观性弊端,寻求边坡预测预报的新途径。【方法】以突变理论为基础,基于滑坡体的长期监测资料,建立边坡安全稳定的综合评价体系,通过构建评价指标体系、确定底层评价指标的评分、进行归一运算等逐级向上确定指标体系各突变隶属度的值,实现对系统的总突变过程的综合评价。【结果】提出了边坡安全稳定的突变综合评价法,并构建了边坡安全的综合评价体系。实例应用表明,该工程滑坡体总突变值随时间呈现逐渐平稳的变化趋势,但与其他年份相比,1990年和1995年的总突变值分别为0.94和0.97,出现明显突变异常,其评价结果与该工程的定检报告结果一致。【结论】突变综合评价法合理可行,能较客观、全面地反映滑坡体的实际运行情况,在及早发现滑坡失稳隐患、保证滑坡体正常稳定运行方面有实用价值。

渭河干流陕西段综合治理前后的水质变化与趋势

[目的]讨论渭河干流陕西段综合整治项目启动以来河道水质的变化趋势,检验整治工程的治理成效,为后续河道的污染防治提供一定技术支持。[方法]基于2010—2016年渭河干流陕西段主要监测断面的水质数据进行水质综合评价,应用Mann-Kendall检验法阐述水质变化趋势,运用重标极差分析法(R/S分析法)查明水质的未来变化趋势。[结果]2016年渭河干流陕西段河道水污染已由2010年的重度污染转为轻度污染,劣Ⅴ类水质断面比例减少了58.8%,Ⅳ—Ⅴ类断面比例增加了55.5%,Ⅰ—Ⅲ类断面占比保持平稳;宝鸡市、咸阳市、西安市和渭南市4个出境断面枯水期化学需氧量(COD)、NH3-N浓度普遍高于丰水期,治理后西安市出境断面污染削减最为显著,但是西安市出境断面仍然是4个断面中污染最为严重的断面;4个出境断面NH3-N浓度均呈现高度显著下降趋势且未来持续性较强;咸阳、西安、渭南市出境断面COD浓度呈显著下降趋势,但是未来持续性较弱,宝鸡市出境COD浓度呈不显著上升趋势且会延续。[结论]综合治理后,河道污染程度明显减轻,水质变化明显,但部分断面污染物浓度有上升趋势,需引起特别关注。

基于不确定性分析的溃坝失事生命损失风险概率估算方法

针对目前国外某些经验模型在预测精度和适用性方面的不足,对估算溃坝失事生命损失风险概率的不确定性分析方法进行了研究,在充分考虑并综合分析大坝失事类型、失事时间、预警时间、历险人数和洪水强度等不确定性因素影响的基础上,提出一种基于不确定性分析和死亡率范围确定的溃坝失事洪灾生命损失概率估算方法,将洪灾情景按不确定性分为15种,并通过对国内外57座大坝失事有关统计数据的不确定性分析,给出了不同失事洪灾情景下可能导致的死亡率范围建议值,工程应用实例表明,所提出的方法更具适用性。

基于风险因子层次分析法的生态环境需水量模糊神经网络模型

针对以往多因子分析中存在因重复计算所致的冗余和因孤立计算所致的结果不合理,提出和建立基于风险因子层次分析法的生态环境需水量模糊神经网络模型;采用层次分析法分析生态环境需水量风险因子间的相互作用,建立其量化指标组合权重关系,并将权重值作为所建FNN模型的初始权值输入,从而有效消除了系统随机赋予初始权值对FNN模型结果的影响,并以黄河上游龙羊峡河段为例,进行模型拟合与风险分析.结果表明,所建模型合理可行,其拟合精度较高,具有较强的工程实用价值.

病险水库运行风险的复合不确定性分析

【目的】针对病险水库运行风险的量化问题,进行灰色-随机风险计算的复合不确定性分析方法研究。【方法】将病险水库运行中的复杂不确定性影响关系,简化处理为仅由灰色和随机不确定性构成,由此建立了病险水库运行风险的灰色-随机风险率计算方法,并通过对功能函数的确定,将灰色-随机风险概率转换成一般随机风险率,最后应用改进一次二阶矩法,实现对病险水库运行风险的复合不确定性分析与计算。【结果】所求得的风险值为一灰色区间,客观地反映了水库运行风险的不确定性。【结论】工程实例表明,所提出的复合不确定性分析,能较好地评价病险水库的运行风险。

城市需水量的灰色非线性预测

应用灰色理论建立了连云港市年需水量的单变量一阶灰色预测模型，在分析其缺陷的基础，引入了使平均相对误差为最小的灰元，作方程的指数，从而建立起灰色非线性常微分方程模型，它弱化了模型以原始样本序列呈指数规律的要求，经误差分析表明它具有比单变量一介灰色预测模型更高的精度，适用范围更广，灰色非线性预测模型用于城市年需水量预测，其结果令人满意。

陕西省渭河流域用水效率时空差异性分析

为了研究陕西省渭河流域2007—2017年七市一区用水效率的影响因素与时空差异,在分析其综合、工业、农业和生活用水水平时空特征的基础上,运用灰色关联度对其影响因素进行探讨,利用泰尔系数表征其时空差异性,并将陕西省渭河流域用水水平与陕西省、全国及发达国家进行对比,结果显示:陕西省渭河流域属于国内高效用水区域,但相比发达国家仍存在较大的提升空间;2017年不同行政区工业用水效率差异最大,综合用水效率次之,农业用水效率差异最小,统计年内差距有缩减趋势;综合用水效率的主要影响因素为用水结构和产业结构,农业用水效率的主要影响因素为种植结构,而工业用水效率主要受废水治理强度和人均水资源量的影响。

基于SWAT模型的渭河咸阳-西安段非点源污染削减措施研究

【目的】针对渭河流域咸阳-西安段的非点源污染状况,模拟分析不同管理措施下非点源污染负荷的削减效果,为渭河流域的非点源污染控制与治理提供科学依据。【方法】构建渭河流域咸阳-西安段的非点源污染SWAT模型,利用2008-2016年逐月径流、水质及CMADS气象数据集等资料,对SWAT模型进行率定及验证,分析研究区内非点源污染特征;针对2016年研究区内非点源污染状况,设定4种管理措施,模拟验证不同管理措施在渭河流域咸阳-西安段对非点源污染负荷的削减效果。【结果】构建了渭河流域咸阳-西安段的非点源污染SWAT模型,该模型对研究区域具有较好的适用性和可靠性;2016年研究区域非点源总氮(TN)和总磷(TP)负荷的入河量分别为7654.0和626.5 t,主要集中在蓝田县、长安区、临潼区、鄠邑区、旬邑县以及彬县部分子流域;通过实施化肥减量、集中设置沼气池和加强水土保持等3项措施,可分别削减7.57%~29.11%、0.54%~32.85%和0.4%~23.12%的非点源TN负荷以及2.59%~15.99%、0.45%~28.65%和0%~39.79%的非点源TP负荷;将上述3种管理措施整合在一起的综合管理措施的削减效果较单一措施明显提高,其可削减9.98%~50.68%的非点源TN负荷和5.25%~52.84%的非点源TP负荷。【结论】渭河流域咸阳-西安段非点源污染的重点控制时段在汛期(6-10月),重点控制区域是蓝田县、长安区、临潼区、鄠邑区、旬邑县以及彬县部分子流域;加强水土保持和化肥减量是有效控制该研究区域非点源污染的重要措施。

均值一次二阶矩法在水质非突发性风险分析中的应用

正确认识、确定水质风险是进行环境管理的重要依据。本文将均值一次二阶矩法应用于水质非突发性风险计算 ,根据水质非突发性风险的性质和特点 ,给出了功能函数以描述水质的随机变化 ,确定水质非突发性风险概率。通过对新疆某水库水质风险的实例计算 。

区域生态环境经济价值评估方法述评

阐述了区域生态环境经济价值评估的意义,对区域生态环境经济价值评估方法进行了述评,介绍了国内外有关区域生态环 境经济价值研究的主要进展,探讨了目前研究中存在的主要问题、难点和研究的主要趋势。认为区域生态环境经济价值研究对于 实现我国区域生态环境与人类可持续发展具有重要意义,研究完善价值评估理论与技术方法是亟待解决的问题。

一种基于粒子滤波的动目标方位跟踪与波束形成算法

针对动目标方位随时间变化的情况,根据阵列信号处理模型,建立了状态跟踪方程,并在此基础上,运用粒子滤波方法,对目标方位进行实时动态跟踪,有效解决了传统DOA估计方法不能解决的时变DOA估计问题。在获得目标方位的同时,该方法还可以进行动态波束形成,实现DOA跟踪与信号接收一体化。仿真实验证明了算法的有效性。

西北典型办公住宅小区海绵化改造设计及效果分析

以西北地区某已建办公住宅小区为例,分析改造需求和难点,结合海绵改造目标,采用"绿色、灰色"协同的方式,通过LID设施、管网改造、蓄水模块设计,实现了小区降雨径流削峰、调蓄、污染控制、雨水资源利用功能。通过对改造前后未落地雨水、停车场径流、小区外排口出水水质进行实地监测,评价改造后污染控制效果。结果显示:雨水径流水质相比改造前有较大程度的改善,各污染物的年污染负荷削减率为52.2%~82.5%,年径流总量控制率为96.2%,均满足控制要求。

偏最小二乘法回归在水利工程安全监测中的应用

针对常规最小二乘法回归难以有效识别和消除自变量因子间的多重相关性影响这一不足,对偏最小二乘法回归在水利工程安全监测数据分析中的应用进行了研究。采用偏最小二乘法进行回归建模分析,将模型拟合与非模型式的数据内涵分析有机结合,同时实现回归建模、数据结构简化以及因子间的多重相关性分析,并通过交叉有效性检验来确保模型精度。对绕坝渗流地下水位实测资料的建模分析表明,偏最小二乘回归法能有效克服因子间的多重相关性影响,所分离出的因子变量对实测结果具有更好的物理成因解释能力,因而在水利工程安全监测及有关数据的统计分析方面具有广阔的应用前景。

大坝安全监控模型因子相关性及不确定性研究

针对最小二乘法难以克服因子多重共线性对回归模型精度影响的不足,本文对大坝安全监控模型因子间的相关性及其不确定性进行了研究。引进偏最小二乘法,对大坝安全监测变量及其影响因子进行偏最小二乘回归分析,将建模预测分析方法与非模型式的数据内涵分析有机结合,可同时实现回归建模、数据结构简化以及因子相关的不确定性分析,所建立的大坝安全监控模型,其精度可通过交叉有效性检验来控制。工程应用实例和模型对比分析研究表明,偏最小二乘回归模型能有效克服各类因子变量间的多重共线性对模型拟合精度及其预测能力的影响,因而比目前常用的最小二乘回归模型更具广泛适用性。

李家峡拱坝左岸高边坡岩体变位与安全性态分析

实际工程中常遇到山体单薄,地质构造发育,表层岩体卸荷松弛,甚至蠕变或滑移等高边坡安全稳定性问题,因而加强对此类高边坡岩体的变位监测并对实测数据进行及时的处理与分析,对于确保工程安全具有十分重要的意义。据此,以李家峡拱坝左岸高边坡为例,探讨如何通过岩体变位监测资料来全面分析和评价高边坡安全稳定性。在对水库初次蓄水以来的谷幅位移和左岸高边坡岩体变位监测资料进行时空定性分析和变形疑点物理成因分析的基础上,应用最小二乘法建立了岩体变位各测点的逐步回归模型,并以其对测值年变幅的拟合与分离结果,定量分析水压、温度、时效等因子对高边坡变位的影响效应。研究结果表明:(1)在库水位逐步抬升至正常蓄水位的过程中,李家峡左岸高边坡岩体主要产生朝河心方向的下滑变位,但位移量相对较小;(2)库水位在2002年1月趋于相对稳定后,高边坡岩体变位逐步趋于收敛并保持稳定,目前其安全性态基本正常;(3)由于局部岩体仍存在轻微下滑趋势,建议加强对这些部位的监测。