基于氢氧稳定同位素的鄱阳湖流域“五河”新水比例及其滞留时间量化研究

流域河流新水比例和滞留时间是表征径流过程以及污染物、营养物质运输的重要参数。确定水的来源及其在流域内的滞留时间,对于理解流域水文过程和功能至关重要。为了定量解析鄱阳湖流域河流的新水比例和滞留时间,本文通过对鄱阳湖流域降水及河水(赣江、修河、信江、抚河、饶河,以下简称“五河”)稳定同位素(δ^(18)O和δD)的高频率监测与分析,利用正弦拟合方法分析了降水和河水δ^(18)O和δD值的变化。结果表明:(1)“五河”河水及降水氢氧同位素表现出相似的季节变化特征,雨季(57月)较为贫化,旱季(12月次年2月)较为富集,河水同位素变化与局地降水同位素、地下水同位素密切相关,说明流域内不同水体之间存在良好的水文连通性;(2)“五河”流域内小于3个月的新水占比范围为3%~42%,流域内滞留时间范围为123.83~2495.0 d,其中赣江平均滞留时间最长、新水比例最低,乐安河和昌江的新水比例最高、平均滞留时间最短;(3)流域面积和单位面积上干流长度是“五河”流域新水比例的主要控制因素,坡度与新水比例存在负相关关系,但其负相关性被单位面积上干流长度与新水比例的正相关性所掩盖;(4)修河、赣江流域较其他流域显著受到蒸发分馏的影响;(5)鄱阳湖湖水同位素值明显高于河水,且在湖口站点湖水同位素值较都昌站点偏低,这表明湖口站湖水受长江来水和蒸发分馏的影响。该研究结果有助于对鄱阳湖流域水文联系和水文过程进行解析,可为流域污染物的输移模拟及其机制阐释等提供科学参考。

鄱阳湖湿地碟形湖-河流水稳定同位素变化特征及其指示意义

为深入认识鄱阳湖湿地区域水循环过程,于2019年112月在鄱阳湖国家级自然保护区对降水、河流水、主要碟形湖水进行系统采集,综合分析碟形湖-河流水稳定同位素的动态变化特征及其指示意义。结果表明,鄱阳湖湿地修河和赣江的同位素组成具有明显的季节性变化规律,4月河水同位素最为富集,57月逐渐贫化,之后呈现出不断富集的变化趋势,整体上与降水同位素的时间变化特性相似。在空间分布上,各段河水的同位素组成均具有相对稳定的沿程分布特征,赣江在修河汇入点上、下游的同位素特性在大多数月份没有呈现出明显变化。碟形湖水同位素的年内变化范围比河水大,并且相对富集。主要碟形湖水的δ2 H-δ18 O关系接近当地大气降水线,具有更小的蒸发线斜率以及系统性偏离的特征,反映碟形湖主要受到当地降水补给,经历了一定程度的蒸发作用。基于指数模型方法估算修河和赣江水体的平均滞留时间(mean residence time,MRT)分别为1.54和0.81年,赣江较短的MRT表明鄱阳湖流域具有不同水体组分相互快速转化的水力条件,修河上游柘林水库的调蓄作用导致其MRT明显大于赣江。通过假定碟形湖水的蒸发过程遵循瑞利分馏模型,全年的同位素监测结果揭示蚌湖、沙湖、大湖池的年平均蒸发损失量分别为15.5%、15.0%、14.1%,不同碟形湖之间蒸发程度的差异可能与地形、植被和水动力条件等因素的综合影响有关。

挺水植被影响下滞水区滞留时间预测模型

对于河道修复工程,为了增加河流地貌多样性,常会沿岸布置一些丁坝形成回流区(也称作滞水区)。滞水区的低速环流特点有利于泥沙落淤、营养质积累,为水生植物提供了适宜的生长环境,同时影响着河道内的物质输移扩散过程,对河流生态系统有着重要意义。采用量纲分析与遗传算法研究了挺水植被影响下滞水区滞留时间特性。对于植被化滞水区,影响水体滞留时间的因素可以归纳为三类,包括混合层流动特性、滞水区形貌特征以及植被拖曳作用。首先在前人工作基础上,应用π定理引入了能够反映植被阻滞效应的参数1+C_(D)ad_(c),对于无植被情形1+C_(D)ad_(c)=1,表明物质交换不受该因素影响,而对于有植被情形1+C_(D)ad_(c)>1,表明交换活动会受到影响。其次通过分析比较,筛选了其他影响滞留时间的主控因素,包括体现来流强度的主流傅汝德数Fr,以及体现滞水区形貌特征的三维形状因子(Wdc)0.5/L和宽长比W/L。然后以上述四种因素为自变量,构建了植被化滞水区滞留时间的一般性预测模型(即幂函数乘积模型)。最后基于收集的85组试验数据,采用遗传程序Eureqa对该幂函数乘积模型进行训练,拟合了植被化滞水区的滞留时间预测公式。对判定系数R2与平均绝对误差MAE的评价表明该公式具有较好的预测能力;对各因素变化区间的分析表明该公式具有较宽广的适用范围。此外,通过比较这4种因素对模型结果的作用程度,发现宽长比W/L是影响滞水区水体滞留特性的关键参数,在开展相关工程设计时应予以重点考虑。

挤压猕猴桃猪肉干维生素C损失预测模型研究

[目的]探索双螺杆挤压猕猴桃猪肉干中维生素C的损失规律,解决挤压过程中营养物质损失的“黑箱”问题。[方法]使用双螺杆挤压机生产猕猴桃猪肉干,采用高效液相色谱法测定物料挤压前后的维生素C含量,以平均停留时间作为物料在机筒内的反应时间,对不同挤压条件下维生素C损失率进行动力学分析。[结果]挤压过程中增大机筒温度和水分含量、降低螺杆转速和果干添加量会使挤出物维生素C损失率增大,平均停留时间与维生素C损失率变化规律基本保持一致,动力学分析表明挤压过程中维生素C损失遵循一级动力学模型,维生素C损失速率常数为0.00354~0.00605 s-1。[结论]平均停留时间是影响维生素C损失率变化的重要原因,通过多元回归分析得到维生素C损失率的预测模型,可实现不同条件下维生素C损失率变化规律的合理预测,降低生产成本。

多喷嘴对置式气化炉内颗粒停留时间分布数学模拟研究

气流床气化炉中,颗粒停留时间分布是反映物料混合的重要特性,研究其规律对于改进炉内流场结构,优化运行参数和气化炉的宏观建模都具有重要的意义。通过建立三维CFD模型,研究了进口气速、颗粒粒径和密度等因素对颗粒停留时间分布规律的影响。模拟结果显示出与实验结果相同的规律。结果表明,在研究范围内,颗粒平均停留时间随着气速的增加,呈现出先增大后减小的趋势,在一定气速下达到峰值,这是颗粒和气体停留时间分布规律的重要区别。达到这一峰值所需的气速,只受到颗粒粒径的影响,而不受密度的影响。进口气速一定时,颗粒密度和粒径的增加,均导致颗粒平均停留时间减小。此外,随着颗粒密度、粒径以及进口气速的增加,颗粒最短停留时间始终减小。

基于多层BP神经网络的回转窑内物料传输模型研究

在回转窑实验台上对5种不同物性参数的固体废弃物料和窑内风速、回转窑转速、回转窑倾角改变的情况下,获得了物料MRT(Mean Residual Time)的变化规律:随着回转窑转速的提高、倾角增大和窑内风速增加,MRT减小;物料的物性参数中,休止角对MRT影响较大,休止角大的MRT小,而密度的变化影响相对较小。以上各影响因素对于MRT的敏感性差别较大:回转窑转速对MRT比较敏感;转窑倾角的敏感性则比较均匀;窑内风速在小回转窑转速、低窑内风速时对MRT较为敏感。针对回转窑内物料传输过程中影响因数众多、非线性机理强烈的特性,运用多层BP神经网络模拟了MRT与各因素之间的映射关系,建立了非线性传输模型,对模型中40组实验数据的验证结果显示,该模型预测值与实验结果较好吻合,平均相对误差为4.1%,能正确反应物料在回转窑内的传输过程。

固体废弃物在回转窑内停留时间的试验研究

在回转窑冷态试验台上 ,采用着色示踪粒子的试验方法研究了固体废弃物的物料特性 (主要是堆积特性 )、回转窑的结构特性 (壁面粗糙度、长度及内构件 )和操作特性 (倾角及转速 )等因素对固体废弃物在回转窑内停留时间的影响。物料的物理性质对停留时间的影响主要是通过对堆积角的作用而体现出来的。试验物料在回转窑内停留时间的分布与正态分布比较接近。回转窑转速的提高和倾角的增大都将使得物料停留时间减少 ,同时 ,σ2T也减少。沿回转窑长度方向的物料的平均速度是逐渐增加的。出口挡板对 MRT的影响是非常显著的。纵肋和环肋的各种组合形式都增加了物料的 MRT,但组合式内构件对 MRT的影响远小于出口挡板对 MRT的影响。

同位素示踪剂在流域水文模拟中的应用

主要目的是通过对同位素在流域水文模拟应用中的一些假定、限制条件以及方法进行澄清和系统化,从而促进同位素在流域水文模拟中一些新的研究方向和研究热点。主要从三个方面,即同位素流量过程线分割、流域平均滞时与不同水源混合、与水文模型耦合,讨论同位素示踪剂在流域水文模拟中的研究进展情况。同时指出了同位素在流域水文模拟中应用存在的一些主要问题,包括:①降雨同位素含量的时空变化;②不同径流成分的采样;③径流输出同位素含量的空间变化;④流域平均滞时分布函数的确定;⑤水文同位素耦合模型。

木聚糖酶对肉仔鸡消化道食糜停留时间和营养消化率的影响

通过在小麦基础日粮中添加国产酶(EⅠ)和进口酶(EⅡ)两种木聚糖酶制剂,研究木聚糖酶对肉仔鸡各段消化道食糜停留时间和营养物质消化率的影响。试验将7日龄肉仔鸡随机分成5组:小麦基础日粮中分别添加0.05%EⅠ(A1组)、0.02%EⅠ(A2组)、0.02%EⅡ(B1组)、0.05%EⅡ(B2组)、0%(C组),饲喂至21日龄。结果表明:在所有组中,食糜在空肠和回肠的停留时间最长。加酶组使腺胃、结肠、盲肠的停留时间延长,使其它消化道停留时间缩短(P>0.05),A1组、A2组、B1组、B2组使总停留时间分别比对照组减少15.2%、6.4%、13.6%、13.8%。与对照组相比,加酶组可显著提高干物质和粗蛋白的粪消化率。所有组中嗉囊、腺胃、十二指肠和盲肠消化率表现为负值,肌胃、空肠、回肠和结肠各段消化率为正值,且从空肠到结肠消化率有升高的趋势。

基于用户实时反馈的协同过滤算法

传统的基于内存的协同过滤算法存在可扩展性不足的问题,而基于模型的协同过滤算法由于模型数据的滞后,造成推荐质量不高。针对以上情况,提出一种基于用户实时反馈的协同过滤算法,该算法在用户提交项目评分之后能实现对推荐模型数据的实时更新,从而更精确地反映用户的兴趣变化。实验结果表明,该算法能够有效地提高推荐精确度并且大幅地缩短了推荐时间。

回转干馏炉油页岩颗粒停留时间分布

搭建回转干馏炉冷态实验装置,通过实验研究了回转干馏炉5种转速n=17、13.3、10、6.8、3.4 r.min-1及3种倾角α=2.16°、3.24°、4.33°,在不同出料口直径/干馏炉内径Dc/D=0.4、0.56时,对油页岩颗粒停留时间分布的影响。结果表明:油页岩颗粒在回转式干馏炉内的停留时间随转速、倾角及Dc/D的增加而缩短;当转速达到3.4 r.min-1、倾角达到2.16°时,平均停留时间及平均停留时间方差均有激增情况出现。

象山港水交换特性研究

在验证良好的三维斜压潮流数学模型的基础上,以溶解态的保守性物质为示踪剂,建立对流-扩散型的海湾水交换数值模型,计算了象山港水体半交换时间和平均滞留时间,并研究了斜压动力对湾内外水交换的贡献。研究结果表明,象山港水交换速度的区域性变化较大,水体半交换时间和平均滞留时间由象山港口门向湾顶逐渐增加,口门附近半交换时间在5d以内,平均滞留时间为5～10d;湾顶水交换速度缓慢,水体半交换时间为30～35d,平均滞留时间为35～40d。斜压动力对狭湾外段水交换影响较弱,对狭湾内段有较大的影响。

钦州湾水交换能力数值模拟研究

基于普林斯顿海洋模式(Princeton Ocean Model,POM),以M2、S2、K1、O1、M4和MS46个分潮为驱动,建立了包含漫滩处理的高分辨率钦州湾水动力模式。与现场观测的数据对比表明,该模式能较好地刻画钦州湾的水动力特征。在此基础上建立了水质模型,模拟钦州湾的水交换过程。模拟结果表明:钦州湾水交换能力整体上较强,整个湾平均的水体半交换时间约为18d,水体平均存留时间为45d。空间分布上,钦州保税港区以南海域水交换能力最强,半交换时间小于1d;沿着水道向北,水交换能力逐渐减弱;茅尾海中部半交换时间为26~28d;茅尾海的东、西、北3个部分存在水交换滞缓区,半交换时间超过50d。数值实验表明,采用漫滩技术对准确模拟钦州湾潮流速度和水交换能力非常重要,不考虑漫滩过程会低估钦州湾的潮流速度和水体交换能力。水平扩散系数对流速及交换时间都有影响,但影响有限。

多流中间包内流体流动模式的分析方法

提出了多流中间包内流体流动的联合RTD曲线分析方法,并从整体上对多流中间包平均停留时间作出新的解释.以某钢厂多流中间包为模拟对象,进行了水力学模拟实验,采用联合RTD曲线分析方法对多流中间包内流体流动模式进行分析,并与常用的方法进行了比较.实验结果表明.不考虑死区的缓慢流动将会使死区的计算结果产生较大偏差.运用联合RTD曲线分析计算多流中间包内流体流动模式,能够更真实地反映中间包内实际流动状况.

回转窑热工过程仿真与球团平均停留时间的研究

球团矿链篦机回转窑系统中,由于回转窑的封闭性其窑体内的结圈情况很难了解。通过CFD软件模拟出实际过程中窑内的燃烧情况,通过窑内温度分布得出结圈的形成情况。将结圈导致的窑体内径的变化考虑进模型,结合回转窑的变径函数,对窑内球团流进行定量的受力分析,计算物料在变径情况下的动态休止角,结果显示在结圈作用下,为了使球团处于滚落状态而均匀受热,回转窑转速不得低于0.5 r/min。此外,分段计算出不同进料速率下的料层厚度分布,模拟出回转窑在固定转速下的料层厚度曲线,得出球团平均停留时间。最后,将平均停留时间和温度分布代入球团焙烧强度模型,对比结果显示计算值与现场实际数据吻合。

藜个体在高密度种群中的氮素利用效率

氮素利用效率 (NUE)是植物养分策略研究中的一项重要内容。该文利用Berendse和Aerts提出的氮素利用效率概念和原理研究了高密度的藜 (Chenopodiumalbum)种群中不同植物个体在种内竞争条件下的氮素利用效率。结果表明 ,由于植株的氮素吸收速率与其个体大小成非线性关系 ,说明不同植株个体对氮素的竞争属于非对称竞争。个体较大的植株氮素输入较高 ,而个体较小的植株氮素输出较高 ,因而较大个体植株的氮素净增加也较高。植株的氮素损失随着个体大小的增加而增加 ,较大植株个体的氮素浓度随着生长而下降 ,而较小植株个体的氮素浓度随时间的变化不大 ,说明个体较小的植株的生长受光照的限制比受氮素的限制更大 ,而对较大的植株个体而言 ,它们的生长受氮素的限制更大。高密度藜种群中的不同植物个体具有不同的养分策略 ,氮素利用效率及其组成部分氮素生产力 (NP)和氮素滞留时间 (MRT)均不同。植株的NP和MRT与其个体大小正相关 ,较大的植物个体具有较高的NP和较长的MRT ,因而氮素利用效率也高于个体较小的植株。在个体水平上 ,种内不同植株的NP与MRT不存在权衡关系 (Trade_off)。因此 ,Berendse和Aerts提出的氮素利用效率概念不仅适用于研究种间的养分策略 ,对于研究种内不同植株的养分策略也同样适用。

长径比对SK静态混合器RTD影响的实验研究

对两长径比AR=1和AR=1.5的SK型静态混合器进行停留时间分布(RTD)实验研究。各截面的出峰时间和峰值表明,在相同截面上,随长径比减小停留时间分布曲线峰值变大,峰域变窄;长径比越小E(θ)曲线拖尾现象越不明显,流动趋于理想流动。采用先前平均停留时间的计算公式对实验结果进行计算,模拟结果与实验结果有较好的一致性,平均误差为14%。σθ2的分析表明,AR=1的值比AR=1.5的值平均小60%,表明AR=1的RTD分布越集中,混合系统内返混少,流动趋于活塞流,与E(θ)的分析结果相一致。

滚筒内灰渣表面滚落平均停留时间的模拟及预测

采用颗粒轨迹模型,考虑灰渣滚落时间,建立了滚筒内灰渣表面滚落过程平均停留时间的数学模型,并与前人的试验数据和模型进行对比验证.采用该模型对滚筒内径、滚筒转速、滚筒倾角α、渣床高度与滚筒内径比h_0/R与滚落时间百分比p_(gun)的关系进行预测分析.结果表明:该模型更精确;增大滚筒内径、滚筒转速和滚筒倾角,或减小h_0/R值均可使p_(gun)增大,其中滚筒内径和滚筒转速的影响较大.

基于氢氧同位素技术的流域水源涵养研究进展

水源涵养有助于拦蓄降水、调节径流,影响着生态系统水文调节、水质净化等功能。在城市化及气候变化的背景下,水资源供需矛盾、水体污染等生态环境问题不断加剧。深入理解流域水源涵养过程、能力及作用是防治上述生态环境问题的基础。随着同位素水文学的发展,同位素技术在水文水资源的研究中的优越性逐渐得到凸显。氢氧同位素是天然示踪剂,在水分溯源、水分滞留时间估算等方面具有独特优势。但相关研究多关注水文过程的某一具体方面,没有形成系统、明确的水源涵养研究框架。为更好地促进氢氧同位素技术在水源涵养研究中的应用,研究总结了应用氢氧同位素技术刻画水源涵养过程、能力和作用的相关研究。从水源涵养的能力估算、过程刻画、水源涵养的"蓝""绿"作用等方面,梳理了基于氢氧同位素技术的水源涵养研究框架,明确了本领域亟待加强的研究方向。研究对于理解流域水源涵养的机理、科学评估水源涵养服务价值等方面具有重要的理论和实践意义。

流态试验设计及分析方法

化学反应器在化学工业设备系统中占有极为重要的地位,对其水力特性和混合条件进行研究至关重要;同时停留时间分布(RTD)分析为评估反应器流态提供了一种极为有用的分析工具。文中详细描述了基于示踪-应答技术的流态试验设计方法,包括示踪剂的选取原则、试验的方法及试验的操作要求,为流态试验提供了指导规范。探讨了进行数据处理中的注意事项及为避免误差应采取的措施。通过分析发现采用不同的思想计算平均停留时间分别代表的意义及其关系。由于不同的反应器流态可能得到相同的RTD曲线,因而并不是每一个RTD曲线只对应一个特定的反应器类型或者状态。以RTD理论为基础,确立了各种流态所对应的不同停留时间分布,为比较分析流态试验的曲线提供依据。