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基于生态系统服务流的东北地区水安全格局

水资源保护 2024年第3期40卷 11-19,27页

作者：孙才志安志英辽宁师范大学海洋可持续发展研究院辽宁大连116029 辽宁师范大学地理科学学院辽宁大连116029

基于供水服务“供流需”(供给流动需求)的研究思路构建水安全框架,采用水生态系统服务供需比测度水生态系统供需服务盈余和赤字状态,提取水生态“源”“汇”区,采用最小累计阻力模型识别“源汇”廊道和脆弱节点,进而分析东北地区水安全... 详细信息

基于供水服务“供流需”(供给流动需求)的研究思路构建水安全框架,采用水生态系统服务供需比测度水生态系统供需服务盈余和赤字状态,提取水生态“源”“汇”区,采用最小累计阻力模型识别“源汇”廊道和脆弱节点,进而分析东北地区水安全格局。结果表明:2000—2020年东北地区产水量和需水量均呈增加态势,空间上产水量大致呈东多西少分布,需水量的空间分布与人口密度、社会经济发展程度高度一致;整体而言,研究期内水生态系统供需服务主要表现为盈余状态,且盈余面积逐渐增加;水生态“源”区主要分布在东部及中部地区的耕地和林地,水生态“汇”区主要集中在西部地区的耕地、林地和未利用地;东北地区的水生态“源汇”廊道主要为松花江、绥芬河、辽河、图们江、大凌河、太子河等河流及其支流;辽宁中部、长春、哈尔滨等地多个供水节点较为脆弱,黑龙江中部的供水节点需要加强保护。

关键词：水资源生态系统服务流产水量需水量东北地区

我国东北生态系统服务供需匹配关系——基于水-能源-粮食纽带视角

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生态学报 2024年第10期44卷 4170-4186页

作者：安志英孙才志郝帅辽宁师范大学地理科学学院大连116029 辽宁师范大学海洋可持续发展研究院大连116029

水、能源和粮食是人类生存发展的必要基础物资,其供给均主要源于生态系统。随着全球气候变化和人类社会经济快速发展,基础资源需求量激增,生态系统服务供需关系趋于紧张。厘清生态系统服务供需匹配关系、优化基础资源配置对生态系统可... 详细信息

水、能源和粮食是人类生存发展的必要基础物资,其供给均主要源于生态系统。随着全球气候变化和人类社会经济快速发展,基础资源需求量激增,生态系统服务供需关系趋于紧张。厘清生态系统服务供需匹配关系、优化基础资源配置对生态系统可持续、协调发展具有重要意义。当前生态系统供需关系研究已较为广泛,但基于水-能源-粮食纽带的生态系统服务研究还相对较为缺乏。因此,以东北地区为例,基于水-能源-粮食关系视角,首先,借助InVEST模型、供需指数(SDI)、Spearman相关性分析等方法分析了产水(WY)、固碳(CS)和粮食(FP)供需服务时空格局、相关性和空间匹配模式;其次,基于省级、市级、县级、流域、格网5种不同空间尺度,进一步探究了各服务的空间尺度效应,并确定资源管理的最优空间尺度;最后依据“分区控制-分类策略-分级治理”理念提出了一种水-能源-粮食集成管理方案和政策建议。研究结果表明:(1)2000—2020年,东北地区的供给服务中WY和FP为上升态势、CS为下降态势,就空间分布来看,WY和CS大致为“东高西低”,FP则是“西南、东北高,西北、东南低”;需求服务中WY、CS和FP均为上升态势,空间上大致呈“中间高四周低”分布。(2)WY和FP的SDI上升,CS则相反;不同尺度下的SDI具有空间异质性,县域尺度最为显著。(3)FP为主要功能分区,重点管控为主要分类,亟待全面提升生态系统服务供给能力。本研究对区域基础资源合理配置和可持续的生态系统管理具有重要科学参考价值和现实意义,同时对东北地区生态系统供需服务匹配以及水-能源-粮食纽带协同发展具有重要意义。

关键词：水-能源-粮食生态系统服务供需匹配集成管理

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基于新型纳米材料的固相萃取液相色谱联用技术用于环境水体中痕量抗生素检测与吸附去除研究

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基于新型纳米材料的固相萃取液相色谱联用技术用于环境水体中痕量...

作者：银志航成都大学

学位级别：硕士

抗生素是一种指由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物。常用于临床中治疗细菌或致病菌所引起的疾病,以及作为饲料添加剂用于促进动物生长等。但由于使用抗生素的不规范导致抗生素滥用并... 详细信息

抗生素是一种指由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物。常用于临床中治疗细菌或致病菌所引起的疾病,以及作为饲料添加剂用于促进动物生长等。但由于使用抗生素的不规范导致抗生素滥用并对环境造成了污染。水环境中抗生素含量的升高与人类活动的接近有关,抗生素滥用的现象日益突出,其可能导致抗生素耐药菌株的出现、饮用水的污染,甚至可能破坏生态系统的动态平衡和影响人类健康,因此,迫切的需要一种简便、快捷、灵敏的方法检测环境中的抗生素。高效液相色谱法(HPLC)不仅有分析范围广、分离能力强等特点,且检测时间短,能够高效的完成水中抗生素检测。而实际水样中抗生素含量较低难以用仪器直接检测出来,因此需要通过磁固相萃取(MSPE)对样品进行分离富集,与传统的固相萃取相比较可以提高分析物的回收率,更有效的将分析物与干扰组分分离并和富集。鉴于此,本文基于利用共价有机框架(COFs)结合不同纳米材料,构建功能化COFs复合基底,开发固相萃取与液相色谱技术联用并应用于实际水样中抗生素残留的快速检测以及吸附去除研究,主要研究内容如下:1.基于Fe3O4-TPBD-GO复合材料的环境水样中四种氟喹诺酮抗生素检测首先采用微波辅助法制备磁性Fe3O4,再通过水热法(hydrothermal method)制备共价有机框架TPBD包被的磁性复合材料Fe3O4-TPBD(-COOH)2。利用静电相互作用和酰胺反应偶联到NH2-GO表面制备Fe3O4-TPBD-GO复合材料并将其用作磁性固相萃取(MSPE)吸附剂富集环境水样中四种氟喹诺酮抗生素。利用XRD、VSM、SEM等对Fe3O4-TPBD-GO复合材料进行了表征。优化了 MSPE中的吸附剂用量、吸附时间、pH、洗脱液及用量等条件,在最优条件下可实现环境水样中四种氟喹诺酮抗生素的吸附富集。结合高效液相色谱成功构建了环境水体中四种氟喹诺酮抗生素的MSPE-HPLC联用检测新方法,左氧氟沙星、诺氟沙星、环丙沙星、恩诺沙星四种氟喹诺酮抗生素在0.04～0.20μg/mL的浓度范围内线性关系良好,R2值分别为0.991、0.998、0.991、0.999,LOD分别达到0.0077、0.0092、0.0094、0.0114 μg/mL。同时该方法具有吸附剂用量少,富集效率高、合成路线简单等优点,为水样中FQs抗生素残留检测提供了新方向与思路。2.基于磁性MOFs/COFs复合材料的环境水样中三种四环素类抗生素的吸附去除采用微波辅助法制备UiO-66-NH2,并通过静电相互作用和酰胺反应将UiO-66-NH2与 Fe3O4-TPBD(-COOH)2 相偶联成功制备磁性 MOFs/COFs 复合材料(Fe3O4-TPBD-UiO-66)。采用XRD、VSM、SEM等手段对Fe3O4-TPBD-UiO-66进行了表征。对吸附温度、离子强度、pH等吸附影响条件进行优化,在最佳条件下可实现水中土霉素、四环素、金霉素三种四环素抗生素的同时吸附。该复合材料对土霉素、四环素、金霉素具有良好的吸附性能,吸附等温线符合Langmuir模型,相关系数R2分别为0.9903、0.9850、0.9873。实验吸附量与理论计算值基本一致,最大吸附量分别为50、46、54 mg/g,单独吸附时最大吸附量分别为135、141、143 mg/g,吸附动力学符合准二阶动力学模型,相关系数R2分别为0.9995、0.9940、0.9965。因此,制备的Fe3O4-TPBD-UiO-66复合材料是一种理想的吸附材料用于水溶液中三种四环素类抗生素的去除。

关键词： COFs MOFs 高效液相色谱固相萃取吸附氟喹诺酮四环素

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面向有限资源调度的多目标优化系统研究

面向有限资源调度的多目标优化系统研究

作者：孟志航河北大学

学位级别：硕士

多目标优化问题是一个古老且具有挑战性的领域。它涉及在众多可行方案中寻找最佳解决方案。多目标优化问题通常涉及多个优化目标和变量,并且需要满足一系列约束。随着高性能计算、数据挖掘和人工智能等技术的广泛应用和普及,越来越多的... 详细信息

多目标优化问题是一个古老且具有挑战性的领域。它涉及在众多可行方案中寻找最佳解决方案。多目标优化问题通常涉及多个优化目标和变量,并且需要满足一系列约束。随着高性能计算、数据挖掘和人工智能等技术的广泛应用和普及,越来越多的实际问题需要同时考虑多个相互关联的优化目标。多目标优化问题的研究日益受到重视,进行多目标优化算法具有重要的学术意义和实际价值。本文着眼于利用智能优化算法及设计多目标调度模型解决实际多目标优化问题。以贵州乌江流域并网的沙沱水电站和思林水电站为研究对象,针对电力系统与航运系统的实际需求,建立了包含发电出力和航运通行量两个目标的多目标优化模型,并对水电站的下泄流量进行调度,从而实现水电站的高效发电和航运系统的顺利通行。该模型的建立有助于缓解电力系统的负荷压力,维护电网的稳定运行。主要工作和成果如下:(1)针对沙沱水电站由于电力负荷数据采集滞后导致的发电航运效益失衡问题,构建了集成负荷预测和多目标优化的混合智能调度模型。该模型首先应用预测算法预测电力负荷。再基于预测结果,调用改进的Genetic Algorithm-Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ(GA-NSGA-Ⅱ)多目标优化算法对水电站下泄流量进行优化调度。以期在负荷数据缺失时实现并网水电站的高效调度,为提高发电和航运的综合效益提供新途径。(2)针对思林水电站面临的船舶实际到达时间与计划时间不一致及发电波动等挑战,提出一种集成储能机制、船舶到达时间预测和多目标优化的实时调度模型。通过对储能设备的充放电调节,实现平抑发电波动;基于预测船舶到站时间,确定调度决策的时间窗口;以发电量最大化和航运通过率最大化为目标。提出一种改进的Non-dominated Sorting Beluga Whale Optimization(NSBWO)混合智能算法,并利用NSBWO算法优化各时段的下泄流量,从而提高水电站的实时调度性能。(3)提出一种基于区块链技术的可信水电优化调度模型,构建了区块链+预测算法+调度优化一体化的分布式智能调度架构。该模型能最大限度保证电力负荷及用电数据的真实可靠性,确保科学高效的水电站调度运行;同时提高了数据处理的安全性、可追踪性和系统透明度。

关键词：多目标优化智能优化算法预测算法水电站调度区块链可信技术

基于SO(3)群几何精确Kirchhoff梁理论的细长梁动力学

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Acta Mechanica Sinica 2024年第4期40卷 212-225页

作者：安志朋王斌侯云森刘铖 MOE Key Laboratory of Dynamics and Control of Flight Vehicle School of Aerospace EngineeringBeijing Institute of TechnologyBeijing100081China CAEP Software Center for High Performance Numerical Simulation Beijing100088China Institute of Applied Physics and Computational Mathematics Beijing100088China

本研究旨在开发一种高效的细长梁单元,精确描述细长柔性结构的大变形和大旋转,在现有细长梁单元研究的基础上,提出一种基于SO(3)群活动标架的二阶几何精确Kirchhoff梁单元(GEKBF),用于细长梁的动力学研究.首先,在此标架中推导出运动学... 详细信息

本研究旨在开发一种高效的细长梁单元,精确描述细长柔性结构的大变形和大旋转,在现有细长梁单元研究的基础上,提出一种基于SO(3)群活动标架的二阶几何精确Kirchhoff梁单元(GEKBF),用于细长梁的动力学研究.首先,在此标架中推导出运动学描述和几何、本构和动态平衡方程及其线性化.然后,引入相对扭转角的二阶插值函数,以提高单元的收敛性,通过选择合适的标架来开发旋转矢量参数化.它可以显著减少由刚体旋转引起的几何非线性,并提高描述当前标架下单元旋转公式的计算效率.此外,考虑了参考标架的影响,并使用空间平行移动而非时间平行移动,简化了弹性力和雅可比矩阵的推导.使用李群广义α-方法求解李群上的半离散运动方程.最后,通过数值实例验证了GEKBF的准确性,包括静力学和动力学.

关键词：平行移动标架弹性力旋转矢量细长梁柔性结构半离散动态平衡

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基于“供—流—需”的东北地区水安全格局

水资源保护 2024年

作者：孙才志安志英辽宁师范大学地理科学学院教育部人文社科重点研究基地辽宁师范大学海洋可持续发展研究院

明晰水资源流动下的安全格局对水资源可持续管理具有重要意义。首先，基于“供—流—需”构建水安全框架；其次，借助InVEST模型、生态供需比测度水资源盈余和赤字状态，并提取水生态“源”、“汇”区；最后，采用MCR模型识别“源—汇... 详细信息

明晰水资源流动下的安全格局对水资源可持续管理具有重要意义。首先，基于“供—流—需”构建水安全框架；其次，借助InVEST模型、生态供需比测度水资源盈余和赤字状态，并提取水生态“源”、“汇”区；最后，采用MCR模型识别“源—汇”廊道和脆弱节点，进而刻画东北地区水安全格局。结果表明：2000—2020年，东北地区产水量和需水量均呈增加态势，空间上产水量大致呈“东多西少”分布，需水量的空间分布与人口密度、社会经济发展程度高度一致；整体而言，水生态供需服务盈余>赤字，且盈余面积逐渐增加；水生态“源”区主要分布在东部及中部地区的耕地和林地，水生态“汇”区主要集中在西部地区的耕地、林地和未利用地；东北地区的水生态“源—汇”廊道主要为松花江、绥芬河、辽河、图们江、大凌河、太子河等及其支流；辽宁中部、长春、哈尔滨等地多个供水节点较为脆弱，黑龙江中部的供水节点需要加强保护。研究结果有助于水生态系统空间配置的优化，对不同尺度上的水安全保障和水资源可持续管理具有重要意义。

关键词：水资源生态系统服务流东北地区

基于Topsis改进因子分析的公路隧道入口段视觉负荷研究

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中国安全科学学报 2024年第1期34卷 77-84页

作者：梁波秦灿牛佳安肖靖航文森重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067

为探究直线公路隧道入口段驾驶者的视觉负荷,首先,通过实车试验采集5种视觉指标,采用Topsis改进因子分析法建立视觉负荷评价模型;然后,分析不同时间及位置下视觉负荷的变化特征,基于构建的视觉负荷曲线提出行车舒适评价标准,并运用已发... 详细信息

为探究直线公路隧道入口段驾驶者的视觉负荷,首先,通过实车试验采集5种视觉指标,采用Topsis改进因子分析法建立视觉负荷评价模型;然后,分析不同时间及位置下视觉负荷的变化特征,基于构建的视觉负荷曲线提出行车舒适评价标准,并运用已发表数据验证构建负荷模型的泛化能力;最后,通过敏感度分析探究视觉指标对视觉负荷的影响程度。结果表明:当驾驶者位于距洞口-13~55 m(12:00)、-10~49 m(15:00)时,视觉负荷超过临界值(0.906),驾驶者的行车舒适度和安全性极低;洞口驾驶者的视觉负荷值和接近度远大于洞内和洞外;18:00的视觉负荷和接近度远低于12:00和15:00。视觉指标的敏感度参数从大到小依次为注视时间、瞳孔面积、注视次数、扫视幅度、扫视速度。

关键词： Topsis改进因子分析公路隧道入口段视觉负荷行车安全视觉指标

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黑腹尼虎天牛接触性信息素的不对称合成

有机化学 2024年第1期44卷 301-308页

作者：于士航刘嘉威安碧玉边庆花王敏钟江春中国农业大学理学院应用化学系北京100193

黑腹尼虎天牛是一种危害林木与果树的蛀干害虫,其接触性信息素为(R)-9-甲基二十七烷、(R)-7-甲基二十五烷和(R)-7-甲基二十七烷.以(S)-环氧丙烷为手性源,环氧丙烷与格氏试剂的开环加成、仲磺酸酯与格氏试剂的SN2烷基化以及手性醛的Witti... 详细信息

黑腹尼虎天牛是一种危害林木与果树的蛀干害虫,其接触性信息素为(R)-9-甲基二十七烷、(R)-7-甲基二十五烷和(R)-7-甲基二十七烷.以(S)-环氧丙烷为手性源,环氧丙烷与格氏试剂的开环加成、仲磺酸酯与格氏试剂的SN2烷基化以及手性醛的Wittig偶联为关键步骤,发展了一种新的合成黑腹尼虎天牛接触性信息素的方法.

关键词：黑腹尼虎天牛接触性信息素手性源 (S)-环氧丙烷不对称合成

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复杂网络边动态的可控性与可观性研究

复杂网络边动态的可控性与可观性研究

作者：安志亮齐鲁工业大学

学位级别：硕士

复杂网络是由大量的个体以及个体之间的相互作用抽象而来的,在社会、物理和生物等各个领域中都存在。研究复杂网络系统的最终目标之一是实现控制或者进行观测,人们开始关注怎么对网络施加外部输入使其实现期望的运行状态,进而使人们用... 详细信息

复杂网络是由大量的个体以及个体之间的相互作用抽象而来的,在社会、物理和生物等各个领域中都存在。研究复杂网络系统的最终目标之一是实现控制或者进行观测,人们开始关注怎么对网络施加外部输入使其实现期望的运行状态,进而使人们用到网络的运行结果,或者仅根据系统的输出来重建系统的整个内部状态。这引发了对复杂网络的可控性和可观测性以及相关问题的研究热潮。目前,网络控制与观测致力于研究复杂网络点动态系统,其中系统的状态被映射到网络的节点中,每个节点代表一个不同的状态,系统状态之间的耦合关系被映射到了网络节点之间的边中。但是在部分实际网络中,边动态系统可以更好的描述其动力学过程。在复杂网络边动态系统中,边不仅仅是连接节点的纽带,它们更是系统状态变化的敏感指标,网络中入边和出边状态之间的耦合关系被映射到了节点的交换矩阵中。这使得边动态系统和点动态系统有同样的重要性。因此本文以复杂网络边动态系统为研究对象,研究的内容如下:研究复杂网络边动态系统的可控性和可观测性。首先,本文解除了传统复杂网络边动态中相邻边状态变量的全耦合限制,并提出了网络的通用化模型。其次,本文提出了适用于网络边动态系统的结构可控和结构可观的理论框架,并且提出一种计算任意耦合关系下网络边动态完全可控(或完全可观)所需要的最小驱动节点(或传感器节点)数目的理论方法,即最小输入输出理论。此外,基于模型网络和实际网络的仿真与分析,给出了网络边动态中被观测边的上界与下界,发现耦合密度对边动态的可观性有着显著的影响。研究节点在复杂网络边动态系统的可控性和可观性中的作用。首先,根据节点在可控性与可观性中的作用,节点可以分为驱动节点、传感器节点、普通节点和具有双身份的节点(既充当驱动节点又充当传感器节点),本文研究的理论框架发现一些节点具有双身份。其次,基于模型网络和实际网络的仿真分析,揭示了网络中边状态之间的耦合关系对节点双身份有显著的影响,并基于度分布得到双身份节点数量的上界与下界。此外,通过在模型网络和实际网络中的仿真发现,当耦合密度达到足够高的水平时,具有相似入度和出度的低度节点更容易具有双身份。本文提出的框架加深了对复杂网络边动态的可控性和可观测性的理解,为网络边动态系统的研究提供了新的思路。

关键词：复杂网络边动态可控性可观性