皖南农村地区需水量特征分析及预测模型研究

需水量的准确预测对于提高农村地区水资源利用率、优化农饮水厂日常调度有着重要作用,然而现有预测算法面临农村部分地区可用历史数据少、质量差等问题,同时部分预测算法的计算负荷较高,无法有效适应农饮水厂运维环境。选取2021-2022年安徽省南部不同地区3处农饮水厂日供水量数据作为研究对象。经过特征分析发现,皖南农村地区日需水量存在季节性变化趋势明显而短期内波动较大的特点。针对该数据特点及实际计算需求,选取了使用网格搜索法优化后的ARIMA模型进行预测,并与SVR、LSTM、RF等模型进行对比分析。研究结果表明,使用网格搜索法的ARIMA模型可以更好地适应农饮水厂运维环境,利用其对于周期性、季节性数据较强的学习能力,对农饮水厂供水量变化趋势和规律进行准确预测,具有一定的普适性,且计算负荷明显优于其他方法。模型对比分析显示,ARIMA模型的预测精度最高,在3处农饮水厂测试集数据上的平均绝对百分比误差(MAPE)分别为1.827、1.454、2.714。

水生植物在水体污染修复中应用研究进展

随着我国经济飞速发展、工业和城市化步伐加快、人口迅速增长,我们所面临的各类环境污染问题日益突出,水污染问题也是重中之重。水生植物在水体污染修复中发挥重要作用,具有成本低、环境友好、处理效果好等优点。通过查阅相关研究文献,本文介绍了植物选择原则、污染物净化机理,总结了水生植物对水体氮磷、重金属、有机物污染修复的研究进展,未来在水生植物资源回收、净化污染物种类和水生植物组合等方面还需要进一步深入的研究,以期为植物在水体污染修复推广应用中提供科学依据。

不同水稻种植模式下淹水及排干期土壤性质和微生物的变化

为揭示不同水稻种植模式、不同水分管理时期对稻田土壤性质和微生物的作用效应,利用长期定位监测试验比较分析单季稻不施肥、单季稻单施化肥、烟稻轮作3种种植模式和淹水期、排干期2种水分管理条件下稻田土壤理化性质和微生物群落结构的变化。结果表明:烟稻轮作模式稻田土壤有机质、全氮质量分数分别比单季稻模式提高了32.88%~34.79%和38.22%~44.39%。淹水期稻田土壤可溶性总氮以可溶性有机氮为主,占56.06%~62.54%;排干期以硝态氮为主,占62.34%~74.05%。烟稻轮作模式可显著提高淹水和排干条件下稻田土壤中可溶性有机氮和铵态氮质量分数,但对硝态氮质量分数的影响不明显。相较单季稻处理,烟稻轮作模式提高了稻田细菌Sobs、Shannon和Ace指数。好氧或兼性厌氧的酸杆菌属、黄色杆菌属均是3种水稻种植模式的优势菌属。3种种植模式淹水条件下稻田脱硫弧菌属、互营杆菌属等硫酸盐还原菌类存在显著差异,排干条件下硝化螺旋菌属也存在显著差异。淹水条件下烟稻轮作模式稻田土壤甲烷氧化菌相关的甲烷氧化单加氧酶基因α-亚基(pomA)的绝对丰度比单季稻处理降低了18.45%~18.54%。可见,水稻种植的淹水期和排干期的土壤可溶性氮组成和细菌群落结构存在显著差异;而烟稻轮作模式较单季稻模式可提高土壤肥力,改善微生物群落结构,增加硫酸盐还原菌类细菌丰度,降低产甲烷菌相关的甲基辅酶M还原酶基因丰度。

基于粒子群优化模糊PID控制的水厂加氯系统

水厂加氯过程具有非线性、大时滞等特点,采用传统的PID控制方式难以实现消毒剂精准投加。因此,以某采用次氯酸钠消毒系统的水厂为例,首先通过分析该水厂加氯系统工作原理,结合工程经验和运行数据确定了加氯过程的近似数学模型。然后综合使用粒子群优化算法、模糊控制算法和PID控制算法,设计了一种粒子群优化模糊PID控制器,并利用MATLAB软件搭建了粒子群优化模糊PID控制系统和传统PID控制系统的模型进行仿真验证,结果表明:相较于传统PID控制系统,粒子群优化模糊PID控制系统的超调量减少了89.36%,调节时间减少了46.63%,其抗干扰能力也更强,系统整体控制效果有了较大提升。最后使用基于粒子群优化的模糊PID控制法对水厂加氯控制系统进行改造,试运行后发现,新系统控制效果良好,出厂水游离氯值能够稳定在设定值附近。

基于改进YOLOv8n-seg的蟹塘水草区域分割与定位方法

目前蟹塘内水草清理以人工作业为主,劳动强度大,作业效率低,自动水草清理船能大幅降低劳动强度,提高作业效率,而确定蟹塘水草分布是规划水草清理船高效作业路径的关键基础。针对无人机采集的蟹塘水草图像中水草与岸边植被相似性高、难以准确区分等问题,该研究提出一种基于改进YOLOv8n-seg的蟹塘水草区域分割与定位方法。改进模型从降低模型大小和提高召回率的角度出发,首先基于RT-DETR(real-timedetectiontransformer)的HGNetv2(hierarchical graph network)轻量化网络结构重设主干特征提取网络,缩减模型体积;其次以Efficient Rep轻量化结构为基准重构颈部网络,在降低参数量的同时增强模型的多尺度特征融合能力;接着在特征提取层引入SegNext注意力机制,加强模型对蟹塘水草区域的敏感度。为了消除模型在识别过程中产生的冗余区域,进一步提高分割精度,采用二值化处理对分割结果进行优化,并结合图像处理算法对水草区域进行面积筛选;经过坐标转换后得到精确水草轮廓经纬度坐标。试验结果表明:改进模型对蟹塘水草具有良好的区分度和分割效果,其参数量和计算量分别为1.49 M和8.4 GFLOPs,召回率和平均精度均值分别为91.5%和95.6%,与原YOLOv8n-seg模型相比,模型体积减小了49.7%,分割速度提升了32.3%。在坐标转换试验中,水草定位精度平均误差为0.22 m,验证了改进模型能够满足蟹塘水草区域分割与定位要求。研究结果为后续水草清理船自动作业路径规划研究提供参考。

电化学循环水阻垢技术在电力行业的应用展望

在工业发展中,循环冷却水的结垢问题一直备受关注,有效的阻垢技术对降低生产能耗和减少水资源的浪费具有重要意义。电化学阻垢技术因具有高效、无需投加药剂、同步杀菌等优点受到了广泛的关注。从电化学阻垢技术的发展、原理以及实际应用等方面,综述了电化学阻垢技术在循环冷却水处理中的应用情况并展望了在电力行业冷却水处理中的应用前景。包括以时间为向导结合文献计量学可视化分析,比较了近十年阻垢技术相关研究热点;进一步从电化学阻垢技术的简介、与传统阻垢技术的比较、研究现状以及影响因素出发,并结合实际应用情况,提出了电化学阻垢技术尚且存在的困难和挑战,最后对电化学阻垢技术在电力行业中的应用前景进行了展望。

基于时序监测数据的企业生产碳排放因子本地化研究

为推动重点企业开展碳减排工作,需要提高碳排放监测能力和研究本地化碳排放因子。因此,开展了基于时序监测数据的碳排放因子本地化研究,以南方某区域3座发电厂和1座水质净化厂为发电厂和污水处理厂的案例,开展工艺碳排放监测和本地化碳排放因子核算,并与《IPCC 2006年国家温室气体清单指南(2019修订版)》(以下简称IPCC 2019)推荐值进行比较。结果表明:燃气发电厂CO_(2)本地化碳排放因子为0.0488 t/GJ、燃煤发电厂CO_(2)本地化碳排放因子为0.0961 t/GJ,与IPCC 2019推荐值接近;垃圾焚烧发电厂CO_(2)本地化碳排放因子为1.978 t/t,IPCC 2019无参考值;水质净化厂CH_(4)本地化碳排放因子为0.010 kg/kg、N_(2)O本地化碳排放因子为0.003 kg/kg,与IPCC 2019推荐值有明显偏差。研究方法可作为碳排放计量的辅助手段,提高碳排放因子识别的准确性和时效性,为环境管理部门制定碳减排规划提供参考。

乡村水塘景观生态恢复设计——以武汉市新洲区仓埠镇丰乐村福乐庄园为例

针对乡村水塘因长期缺乏重视与保护,导致大量水塘被填平或废弃,失去原有的蓄洪调蓄功能,反而成为乡村建设中的负担的问题,论文基于低影响开发的雨水利用理念,构建了水塘景观生态网络,并优化了调控途径;采用新型水体生态治理技术,有效治理污染水体,提高水塘的整体净化效果。同时,引植符合当地生境及具备艺术性的适生植被,共同营造集生态效益、经济效益、乡土特色、景观美感等多层次人工湿地生态景观。进而以武汉市新洲区仓埠镇丰乐村福乐庄园为例,详细阐述低影响开发的雨水利用理念的应用,得出针对乡村水塘的生境与植物群落景观营造需要协调内在关系的结论。这一研究不仅对区域水塘景观规划和生态保护具有重要意义,而且为我国乡村水塘治理提供了新的思路和方向。

微咸水与沼液一体化灌溉对设施番茄干物质累积和产量品质的影响

【目的】探明微咸水与沼液一体化灌溉对设施番茄植株干物质累积、果实产量及品质的影响,获得适宜番茄生长发育的微咸水矿化度阈值。【方法】以设施番茄为研究对象,于2022年和2023年开展了两季大田试验,在番茄3个生育期(苗期、开花坐果期、成熟期)设置3个灌溉水矿化度(2、3、5 g/L),探求番茄干物质累积、产量、灌溉水利用效率、果实离子量和品质的响应规律,并采用主成分分析法和组合评价法分别对番茄果实品质及综合效益进行评价。【结果】苗期和开花坐果期使用5 g/L的微咸水与沼液一体化灌溉会抑制番茄各部位干物质量的增加;微咸水与沼液一体化灌溉均会降低番茄最终的产量,其降低主要是通过减少番茄单果质量来实现的,而对单株坐果数影响并不显著。但基于主成分分析法的番茄果实综合品质得分均有所提高;T4处理(苗期2g/L、开花坐果期3 g/L、成熟期5 g/L)番茄综合生产效益得分最高;各处理在一定程度上均降低了番茄果实对Na^(+)、Ca^(2+)的积累。【结论】基于组合评价法的番茄综合效益评价结果表明,在淡水资源紧缺微咸水资源丰富的地区,建议在番茄苗期使用2 g/L、开花坐果期使用3 g/L、成熟期使用5 g/L的微咸水与沼液一体化灌溉模式。

利用盐生植物发展“盐湖农业”研究进展

由于人口增长和全球气候变暖,次生土壤盐碱化日趋严重,淡水资源缺乏,使得人类粮食和食品供给面临严峻挑战。“盐湖农业”为解决这一问题提供了一种新的思路。本文评述了盐生植物在农业上的应用国内外研究进展,重点综述了盐生植物作为食物、饲料、工业原料等方面的研究。盐生植物生长环境比较恶劣,一些盐生植物为应对逆境环境而合成出丰富的次生代谢物,这些代谢物对预防疾病和促进健康大有益处,因此近年来市场对盐生植物的需求显著增加。我国盐湖资源丰富,利用盐生植物发展盐湖农业有得天独厚的条件,具有广阔的应用前景,本文最后提出了在我国发展盐湖农业的几点建议。

植物根系吸水模型研究进展

根系是植物获取水分的主要器官,它直接影响整个植株的输水量以及生命活动。在水资源短缺的状况下,了解根系生长过程中的需水特性并提高农业中水资源的利用率,一直是节水灌溉技术中研究创新的热点。因此,在研究过程中需要对植物根系的吸水量进行精确估算,建立根系吸水模型是定量化研究植物根系吸水特性的重要方法。概述根系吸水的原理及其主要影响因素,对不同研究方法下的根系吸水模型进行分类研究,并阐述其适用范围及优缺点,同时介绍了水盐共同胁迫下的根系吸水模型。最后对目前的根系吸水模型进行分析,提出了今后的研究方向。研究成果为构建水稻根系三维动态吸水模型提供了基础。

高安屯再生水厂碳中和实践措施及效果

高安屯再生水厂位于北京市,水处理规模20万m^(3)/d,主体工艺为AAO+砂滤池,污泥处理中心规模1836 t/d(污泥含水率80%),主体工艺为热水解+厌氧消化+板框脱水。对比了不同碳核算标准,确定了高安屯再生水厂碳排放计算边界。高安屯再生水厂碳中和项目采用节能降耗、回收能源、利用清洁能源的方法,是泥水共治、餐厨协同、多能耦合、能源自给的大型碳中和示范工程。

基于时序Sentinel-2影像的引黄灌区作物结构提取和供需水分析

在黄河流域用水指标严格控制的背景下,以山东省东营市垦利区引黄灌区为例,利用2022年时序Sentinel-2遥感影像构建作物生育期的NDVI时间序列,采用决策树分类方法提取灌区作物种植结构,基于垦利站气象资料和Penman-Monteith公式,分析了1973—2022年各作物的需水特性,利用遥感影像解译的各作物种植面积,计算了2022年灌区作物在不同降水保证率(5%、25%、50%、75%、95%)条件下的灌溉总需水量,结合2023年分配给灌区作物的灌溉水指标探究了灌溉水资源供需之间的平衡。结果表明:基于NDVI时间序列构建决策树分类方法可有效提取作物的种植结构,总体分类精度为85.07%,Kappa系数为0.819,能够满足作物灌溉需水量的研究。作物净灌溉需水量年际波动较大,水稻和冬小麦补充灌溉水量在所有作物中位列前两位,均值分别为913 mm和410 mm;处于雨季生长的夏玉米、夏大豆补充灌溉水量较小且灌溉需求均值较小。研究区2023年分配的灌溉水指标在降水保证率为50%时研究区灌溉水亏缺量为235.5万m^(3),在降水保证率为75%和95%时灌溉水亏缺量分别为1 754.5万m^(3)和2 261.5万m^(3)。

水足迹视角下四川省主要粮食作物种植结构优化及用水效率分析

作为粮食主产区,四川盆地农业用水占比高但农业用水效率低,季节性和区域性缺水严重,导致农业用水压力巨大。为了探究作物用水规律,提高作物用水效率,该研究以四川省为例,基于水足迹理论量化3种主要粮食作物用水量,并以此为基础构建蓝水和灰水足迹最小化,经济收益最大化的多目标优化模型,得到不同节水情景(5%、10%和15%)下的最优作物种植结构,最后通过用水效率指数分析优化前后各地农业用水效率。结果表明:1)2001—2021年间,四川作物生产用水呈现下降趋势,空间上由东北向西南逐渐减少,空间差异大。2)在节水5%、10%和15%情景下,种植结构优化结果均显示水稻和小麦面积调减,玉米面积调增;作物蓝水足迹在3种情景下均减少。3)研究时段内,作物用水效率在逐渐提升,并且呈现出“东南高-中间低”态势;经种植结构优化后,发现增加玉米种植面积,适当减少水稻、小麦种植面积,对提高作物用水效率有利。研究结果对农业水资源管理,提升作物用水效率,保障粮食安全具有参考价值。

混合式抽水蓄能电站对下泄水温影响的数值模拟研究

【目的】混合式抽水蓄能电站运行特性与常规电站相比存在差异,本文旨在掌握抽水蓄能电站水温的变化规律,为水库管理调度提供参考。【方法】以紧水滩水库为研究对象,采用MIKE3水温模型模拟不同进/出水口高程以及不同抽水流量工况的下泄水温,据此探讨混合式抽水蓄能电站对下泄水温的影响。【结果】抽蓄水流会对下泄水温产生影响,相对于现状无抽水工况的下泄水温,抽蓄工况下的下泄水温基本表现为5—9月略有下降,其余月份略有升高,下泄水温的最大降幅不超过0.7℃,最大升幅不超过0.8℃。【结论】进/出水口高程对于下泄水温影响较大,且高程越低,下泄水温差异越大。然而抽水流量对于下泄水温差异影响并不显著,但整体上也呈现出随着抽水流量增加,水温差异增大的趋势。

无线通信技术在二水厂沉淀池自动控制系统中的应用

本文主要阐述无线通信技术在净水厂排泥系统中的应用。在水厂生产过程中,应用无线AP技术,通过PLC自动控制,能够有效解决人工排泥效率差的问题。无线AP技术能够在雷雨、高温等恶劣的露天环境中为沉淀池自动控制系统提供稳定可靠的数据通信,保障水厂生产的正常连续运行。实际应用表明,该系统运行效果良好,既降低排泥用水消耗,减少人工工作量,又降低人身安全风险,为净水厂排泥系统提供了一种较好的选择方案。

基于过热蒸汽干燥开式制粉燃褐煤发电技术研究

针对高水分褐煤燃烧发电中存在的热效率低和低负荷稳燃困难等问题,提出了基于过热蒸汽干燥开式制粉系统的新型高效燃褐煤发电技术,该技术采用基于汽轮机抽汽加热的过热蒸汽干燥开式制粉系统,保证了制粉系统的运行安全性,提高了燃烧系统的运行灵活性,实现了制粉系统与锅炉主机的运行解耦,并综合解决了褐煤锅炉炉温低、热效率低的等问题。以600 MW超临界燃褐煤机组为例,对采用该技术的热力系统进行了仿真,分析了其节能与环保效益。研究结果表明,该技术通过对锅炉与汽轮机整体热力系统的综合优化,将汽轮机回热系统扩大至高水分煤的干燥过程,同时梯级回收锅炉排烟废热和制粉乏汽废热至汽轮机回热系统,可获得较为显著的节煤效益。同时,该技术不仅可由节煤相应减少各类污染物及CO_(2)排放,还可回收大量水资源,有望实现零水耗电厂。

智慧时代园林植物水肥资源利用效率的提升路径研究

随着智慧时代的到来,云计算、大数据技术为园林植物生长信息的分析和利用提供了新方法,为园林植物种植和管理提供了强大助力。水肥管理是园林植物种植过程中的关键环节,如何利用前沿技术提升园林植物水肥资源效率,是园林产业升级面临的现实问题之一。首先分析智慧时代的技术特征,其次分析园林植物种类和水肥需求特性,最后根据传统园林植物水肥利用效率提升模式存在的不足,提出水肥利用效率的提升路径,以期为先进技术更好地赋能园林植物水肥管理提供参考。

坚持“四水四定”推动经济社会高质量发展——以宁夏回族自治区“四水四定”创新实践为例

坚持“四水四定”,强化水资源刚性约束,既是缓解我国水资源供需矛盾、保障水安全的必然选择,也是推动高质量发展、建设美丽中国的客观要求。文章以宁夏回族自治区为例,深入分析了宁夏回族自治区“四水四定”改革实践,总结了相关经验启示,为探索以水资源节约集约利用推动经济社会高质量发展提供了参考。

漓江水陆交错带不同植被类型及其土壤养分变异规律

为促进水陆交错带生态系统恢复与重建,在典型样地调查的基础上,采用Pearson相关系数法和冗余分析法研究了漓江水陆交错带不同植被类型下的植被物种组成及多样性、土壤养分的变异规律。结果表明:(1)不同植被类型(砾石滩、草地、灌草地和疏林地)的植物群落结构及物种多样性均有显著差异。随着水淹时间的减少,水陆交错带由分布零星草本植物群落逐渐演变为草、灌、乔植物群落,植被物种α多样性(Shannon-Wiener指数、Pielou指数和Simpson指数)和植被覆盖度呈逐渐增加趋势,在砾石滩最低,在疏林地最高。(2)不同植被类型的土壤养分含量有显著差异。随水淹时间的减少,土壤有机质含量逐渐增加,而土壤含水量、有效氮、有效磷和速效钾呈先上升后下降趋势,以上养分含量最大值多出现在灌草地或疏林地,在草地次之,在砾石滩最低。(3)相关性及冗余分析得出土壤有效氮、速效钾、有效磷和有机质与植被物种α多样性各指标呈极显著正相关,其中土壤有效氮和速效钾与植被物种多样性的关联性最强。综上认为,漓江水陆交错带不同植被类型下植被物种组成及多样性、土壤养分具有异质性分配格局,适度水淹有利于植被群落聚集,对土壤养分积累有一定促进作用;草本植物对适度水淹环境的适应能力更强;漓江水陆交错带生态修复过程中需针对性设计不同植被类型区域的修复方案,并充分考虑植被物种多样性与土壤有效养分之间的关系。