学科交叉融合下的流体力学课程改革探讨

学科交叉融合是培养新时代综合型“新工科”人才的重要途径之一,也是国家双一流建设下人才培养的迫切需求。文章以高等院校环境工程专业基础课程流体力学为例,针对课程教学中存在的不足,提出基于多学科交叉融合的教学改革思路,耦合计算机、化工、机械、思政等学科相关内容,形成跨学科、跨专业特征的多元新型教学模式,不断提高教学质量,提升学生核心竞争力,落实立德树人根本任务。

基于长时间序列预测的计量区给水管网爆管识别

为了讯速识别计量分区给水管网中的爆管,提出了一种新的预测–分类–校核的三阶段Infomer-Z-score算法。Infomer-Z-score算法解决了传统方法数据处理效率低、不正常低用水量不处理的问题。在预测阶段中使用深度学习Informer算法预测管网长时间用水压力数据,提高用水压力预测的准确性和数据处理的效率。在分类阶段使用多阈值的分类方法提高了对用水压力数据随时间变化的鲁棒性。Infomer-Z-score算法在爆管模拟检验中的真阳性率(TPR)为90.9%、假阳性率(FPR)为1.7%、检测准确率(DA)为99.5%。长时间序列的压力预测不仅能用于爆管识别,而且还能有效的进行管网中的压力控制使爆管风险降低。

基于SLURP模型和输出系数法的三峡库区非点源氮磷负荷预测

为研究三峡入库非点源污染的变化规律,以输出系数法为基础,引入污染负荷系数,建立了计算三峡库区上游流域非点源氮磷负荷的数学模型.将所建立的非点源负荷模型与分布式SLURP水文模型相结合,借助地理信息系统和遥感技术,对该流域土地利用/土地覆盖和气候特征下的流域水文动态过程,以及水文动态过程下该流域输入三峡库区的非点源氮磷污染负荷进行了相关预测和分析.预测结果显示:2020年由于该流域土地利用的变化,非点源氮磷污染的产生量略有减少,但地表径流量的增加使输入库区的非点源氮磷污染负荷有所增加;未来农田产生的污染物量有所减少,但农田仍然是形成氮磷负荷的最主要来源.

三峡库区非点源污染负荷时空分布模型的构建及应用

为研究三峡库区非点源污染负荷的分布特性,定义降雨侵蚀力影响系数,并将其引入John提出的年均输出系数模型,形成改进的年输出系数模型;针对不同的土地利用类型,基于表征水力联通性的地形指数和植被覆盖度,提出了入河系数的空间分布式;将年输出系数模型与入河系数结合,构建非点源污染负荷的时空分布模型,并对模型进行了验证。应用所构建的模型,对三峡库区2002-2012年总磷总氮负荷进行了模拟。结果表明,库区总磷总氮负荷的时空变化明显,且降雨侵蚀力是影响其年际变化的主要因素;年均总氮负荷在2.6~4.2 kg/hm^2,总磷负荷在0.432~3.186 kg/hm^2;在土地利用、农村人口和畜禽养殖产生的负荷中,畜禽养殖对氮的贡献最大、约占总量的45%,而土地利用对磷的贡献最大、约占总量的57%。该研究成果可为三峡库区非点源污染的控制与治理提供参考,该文所构建的模型也可用于其他大中型区域非点源污染的模拟。

三峡库区紫色土坡耕地吸附态磷可迁移污染负荷空间分布

为研究三峡库区紫色土坡耕地吸附态磷负荷的空间分布特性、预测坡耕地改造技术在整个库区应用的减污效果,基于地形指数,提出了吸附态污染物入河系数的空间分布式。以修正的通用土壤流失方程为基础,结合所提出的入河系数分布式,构建了吸附态污染负荷模型,并对模型的模拟效果进行了检验。应用所构建的模型,对三峡库区紫色土坡耕地改造技术-"大横坡+小顺坡"和"地埂+植物篱"的减污效果进行了预测与定量分析。结果表明:采用"大横坡+小顺坡"和"地埂+植物篱"的紫色土坡耕地耕作模式可分别减少吸附态磷负荷41%和64%。

基于GIS和RULSE的三峡库区土壤侵蚀量估算分析

以三峡库区为研究对象,在GIS技术支持下,利用野外实测及DEM、土地利用、土壤类型、植被覆盖等数据,对修正后的通用土壤流失方程(RUSLE)中各因子进行量化分析,从而对三峡库区土壤侵蚀量进行估算,并对土壤侵蚀强度进行分级;在此基础上计算不同坡度、土地利用类型、土壤类型下的土壤侵蚀综合指数。结果表明,三峡库区年均土壤侵蚀量为19 364.71×104 t/a,平均土壤侵蚀模数为2 741.48t/(km2.a),属于中度侵蚀;68.57%的区域为微度侵蚀或轻度侵蚀,强度以上侵蚀主要分布在库区的东部,面积占库区的14.43%,侵蚀量却占总侵蚀量的58.67%,是预防和加强水土流失治理的重点区域。

流量对三峡库区嘉陵江重庆主城段藻类生长的影响

对于三峡库区,大部分一级支流都具备产生富营养化的营养水平,在水温和光照等气候条件适宜藻类生长的3—5月,水文条件成为影响藻类生长繁殖和诱发富营养化的关键因素.3—5月恰是水库坝前泄水的消落时段,水文条件与一般的湖泊、河流和水库等显著不同.针对三峡水库特殊的水文情势,通过现场水质采样,应用质量守恒原理,研究了3—5月上游来水流量对嘉陵江重庆主城段藻类生长的影响.结果表明:流量对河段的藻类密度和质量净增量有显著影响,3月因较低的来水流量和较小的大坝泄水量使藻类密度和质量净增量最大,5月当流量接近或超过历史同期水平时,河段的藻类质量净增量为负,而当流量偏枯较大时,藻类质量净增量为正.

环境因子对香溪河春季藻类生长影响的模拟实验

2010年3～5月间,分3批次采集了香溪河水样,以水体营养盐浓度、水温、光强和流速为环境因子,以Chla比增长率为评价指标,在室内进行L9(34)的正交藻类培养实验,研究了环境因子对春季优势硅藻生长的影响.结果表明,在实验所设定的水平范围内,水体营养盐浓度总氮(TN)为3.5mg/L、总磷(TP)为0.3mg/L,水温20℃,光强为4700lx以及流速为0.1m/s时,最适宜藻类生长.4因子对藻类生长影响大小依次为光强、流速、水温、营养盐浓度.流速在0.05m/s和0.1m/s的情况下,藻类生长率明显高于静水.当TN<1.5mg/L,TP<0.1mg/L时,增加TN、TP浓度可显著促进藻类生长;当TN、TP浓度分别达到3.5mg/L、0.3mg/L时,N、P浓度的增加对藻类生长影响甚微。

嘉陵江流域吸附态非点源污染负荷研究

以美国通用土壤流失方程为基础,通过考虑引起流域土壤流失年际变化的水文条件和土地管理因素及泥沙输移过程的时空差异,提出了能够反映流域泥沙输出量逐年动态变化的估算方法,并以嘉陵江流域为研究对象进行了验证.在此基础上,根据流域吸附态氮磷污染年负荷与年泥沙输出量的相互关系,建立了流域吸附态氮磷污染年负荷模型.基于地理信息技术,应用所建模型,对嘉陵江流域1990~2005年因水土流失产生的吸附态氮磷污染负荷的空间分布进行了模拟和定量研究.结果表明,该流域吸附态氮磷流失较严重的地区主要分布在上游的白龙江和西汉水子流域;近年来,由于流域水土流失治理工作的进展,吸附态氮磷污染负荷逐年减少,近5年平均吸附态氮磷污染负荷分别为34 423 t/a和1 848 t/a,与1990年相比减少约60%.

生态幅在重庆嘉陵江主城段营养盐限制因子中的应用

为了解重庆嘉陵江主城段营养盐与藻类的关系，探索富营养化发生的机理，笔者运用生态学中的生态幅原理对该段水体营养盐限制因子进行了系统分析．分析结果表明：磷是试验段水体的限制因子，随总磷浓度的提高，藻类现存量增加，两者成正相关；试验藻对磷的生态幅表现为单峰型，耐性限度0．005～100mg／L，磷浓度0．005～0．150mg／L为藻类增幅最大区间；氮磷比值在10．O～40．0内藻类增幅最快，13．5为藻类生长的最适氮磷比值；试验段水体总磷浓度年变化区间为0．065～0．128mg／L，总氮年浓度变化区间为1．52～2．24mg／L，氮磷比值年变化在17～28间；温度在5～30℃区间内，磷生态幅的峰值随温度的升高而增加，5～15℃增长缓慢，20～30℃增长迅速；4、5、6、7月为藻类快速增长期．分析藻类营养盐限制因子的生态幅能够更好的反映出藻类、限制因子、富营养化三者之间的关系，为富营养化发生条件与机理的探索提供新思路．

积水条件下连续和间歇供水对土壤入渗特性的影响

土壤入渗与地表径流、土壤侵蚀、土壤养分流失和面源污染等密切相关。通过对紫色土中的黏壤土进行不同积水深度下连续供水和相同积水深度下间歇供水的土柱模拟实验,对紫色土一维垂向入渗特性进行了研究。结果表明,当积水深度为1～10cm时,积水深度对累积入渗量及入渗率基本上没有影响;积水深度一定时,连续供水下土壤容重和初始含水率对紫色土入渗特性有较大影响,累积入渗量和入渗率随土壤容重和初始含水率的增加而减少;积水深度一定时,间歇供水下紫色土入渗曲线为间断的非连续曲线,第1周期与连续供水的入渗过程一致。从第2周期开始,间歇供水的累积入渗量及入渗率均小于同条件下的连续供水,间歇供水的紫色土入渗特性与供水周期及循环率等密切相关。

流域吸附态磷时空分布模型的构建与应用

为了模拟吸附态磷负荷的时空分布,从被侵蚀土壤进入受纳水体的载体地表径流着手,综合考虑坡上和坡下的径流特性对被侵蚀土壤迁移的影响,引入时空分布的径流连通性指标,由此提出坡面泥沙输移比的计算方法。将改进的土壤流失方程作为流域土壤侵蚀量的计算方程,结合所提出的坡面泥沙输移比并考虑磷在土壤中的富集,构建流域吸附态磷负荷的时空分布模型。以三峡库区小江流域作为案例,对该流域2000-2010年的吸附态磷负荷的时空分布进行了模拟,模拟得到多年平均吸附态磷负荷为0.056 t/km2。模拟值与实测值吻合较好,其年平均吸附态负荷相对误差低于6%,表明所构建的模型以及所提出的坡面泥沙输移比的计算方法可行。该研究可为三峡库区的水环境保护和水污染防治提供参考。

空调室内温度对生物体血液流变特性的影响

室内温度是热环境状态参数中最主要的指标之一，它对人体与周围环境的热交换起着重要作用，对人体的生理与心理状况有很大的影响．通过动物实验，试图从血液流变特性的角度探讨空调室内温度对生物体（豚鼠）的生理影响，以及空调环境的健康性．实验结果表明，反映血液流变特性的主要指标血液黏度、血浆黏度和红细胞电泳时间与温度有很好的相关性，随着温度的升高有下降的趋势．通过回归分析，得到温度在23-24℃时，血液流变指标较佳．

紫色土坡耕地硝态氮随壤中流迁移的时空分布模拟

通过建立紫色土坡耕地耕作层和非耕作层土壤养分淋失的二维对流-弥散模型,针对全层施肥和基穴施肥两种方式,数值模拟坡耕地硝态氮淋失的时空分布。模拟结果表明:紫色土的壤中流发生在土壤饱和后的降雨中后期;硝态氮淋失在降雨初期全层施肥表现为垂直下渗,基穴施肥表现为由基穴向周围扩散,在降雨后期两者的养分淋失情况相似,壤中流成为硝态氮淋失的主要方式,并且二者耕作层硝态氮淋失速度均大于非耕作层;在相同施肥量(150 kg·hm-2)条件下,降雨结束后,全层施肥耕作层土壤硝态氮浓度处于0.110~0.160 kg·m-3,基穴施肥的硝态氮浓度处于0.040~0.120 kg·m-3,因而基穴施肥的养分淋失多于全层施肥。

人工模拟暴雨条件下紫色土坡耕地入渗过程研究

结合室内物理化学试验等研究手段,运用人工模拟降雨法,分别探讨了不同暴雨强度,地面坡度及聚丙烯酰胺（PAM）加入量对紫色土坡耕地降雨入渗率的影响。研究结果表明,随着降雨强度的增大,稳定入渗率有增大的趋势;在0°~10°范围内随着坡度的增大紫色土坡面入渗量随之增加;PAM的加入可以较大程度促进土壤水分的入渗,提高稳定入渗率,但并不是加入量越多越好,试验条件下在加入量为5 g/m2时入渗率最大。

GIS的嘉陵江流域吸附态氮磷污染负荷研究

以美国通用土壤流失方程为基础,根据研究流域的特征和已有的研究成果确定方程中的因子算式,在地理信息系统GIS支持下,估算了各单元的土壤流失量,应用吸附态非点源污染负荷模型,对嘉陵江流域吸附态氮磷污染负荷进行了数值模拟与定量分析。结果表明:嘉陵江流域近年平均输沙模数为161.94 t/(km2.a),北碚出口吸附态氮磷污染负荷分别为29620.8 t/a和1391.96 t/a,吸附态氮磷流失较严重的地区主要分布在白龙江和西汉水流域,各土地利用类型吸附态氮磷流失模数大小顺序依次为:荒地>灌木>草地>农田>城镇>林地。

三峡库区小江流域溶解态氮素污染模拟

小江是三峡库区中部北岸流域面积最大的一级支流,农田以紫色土坡地为主,随降雨形成的地表径流和壤中流流失的非点源溶解态氮是水体中氮素污染的主要来源。根据小江流域地形、土壤等特性,构建流域溶解态氮素污染模型,并将具有物理机制的SLURP分布式水文模型引入污染模型中地表径流和壤中流的模拟,借助GIS技术,对小江流域2000～2007年溶解态氮的输出量与负荷的时空分布进行了模拟与定量计算。结果表明:土地产生的负荷占总负荷的68.3%～76.8%,农村居民点产生的负荷占23.2%～31.7%;土地产生的负荷中85%以上来源于农田。

脾脏对红细胞和血液流变性的影响

采用测量脾动、静脉血的血液粘度和测量脾动、静脉血中红细胞膜在微管中的变形过程的方法，研究了脾脏对红细胞和血液流变性的影响。结果表明：脾静脉血的血液粘度、红细胞变形指数和红细胞聚集指数以及血中红细胞膜的平均弹性模量和平均粘性系数都明显低于脾动脉的相应值。上述结果提示，红细胞和血液通过脾脏后，红细胞和血液的流变性得到明显改善。

基于盲数理论与GIS的小江流域吸附态磷污染负荷模拟研究

根据三峡库区小江流域水文、地理和非点源污染等特点,通过分析引起流域吸附态污染负荷年际变化的主要因素,提出了流域土壤侵蚀模数、输沙模数的动态计算方法。鉴于与吸附态污染负荷有关的流域降雨、土壤、地形、植被、水土保持、泥沙输移比等因素具有空间不确定性的特点,构建了基于盲数理论的非点源吸附态磷污染负荷动态分布模型。应用所构建的模型,借助GIS技术,模拟和定量计算了小江流域1997—2007年各年的土壤侵蚀模数和吸附态磷负荷量。模拟结果表明,降雨侵蚀力因子和地表径流量是流域内吸附态磷负荷年际变化的重要因素;而吸附态非点源磷负荷的空间变化与土地利用类型关系密切,不同土地利用类型输出磷负荷的大小依次为:旱田及混合地、草地、水田、林地和城镇用地。通过验证表明,所建模型合理,运用盲数理论来研究流域非点源吸附态负荷可行。

增加脾动脉流量对脾脏储存红细胞的影响

以狗为实验动物，在保持脾静脉压基本不变的情况下，采用对脾动脉加注压积与脾动脉血基本相同的自体血来增加流量的方法，研究增加脾动脉流量对脾红细胞储存的影响。实验结果表明，当脾动脉流量增加时，脾的体积增大，脾内血球压积增加，储存的红细胞增多。在此基础上，根据脾循环的特点，提出了脾循环的并联流动模型，应用该模型，就动脉流量增加使脾储存红细胞增多的机理进行了探讨。