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数字孪生水利内涵及应用场景研究

人民长江 2024年第2期55卷 245-251,264页

作者：谢明霞长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

数字孪生水利涵盖数字孪生水利工程、数字孪生流域和数字孪生水网三大范畴,主要研究内容包括数字孪生-水利工程、数字孪生-流域、数字孪生-水网、水网-流域、水网-水利工程、流域-水利工程六大关系。其中,数字孪生水利工程是实现数字孪... 详细信息

数字孪生水利涵盖数字孪生水利工程、数字孪生流域和数字孪生水网三大范畴,主要研究内容包括数字孪生-水利工程、数字孪生-流域、数字孪生-水网、水网-流域、水网-水利工程、流域-水利工程六大关系。其中,数字孪生水利工程是实现数字孪生流域的关键,数字孪生水利工程、数字孪生流域是实现数字孪生水网的前提。对数字孪生水利的基本内涵、核心要素,以及与智慧水利的关系等进行了剖析,得到了目前数字孪生水利建设过程中面临的主要挑战:水利信息模型、数据融合和服务标准缺失,专业模型智能化程度不高、智能基因注入不足,孪生应用场景广度不够、深度不足。基于此,构建了数字孪生赋能国家水网全维度构建、流域多目标联合调度,以及水利工程全生命期建设的应用场景,可为数字孪生水利提供建设思路。

关键词：数字孪生水利工程流域水网应用场景

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基于SiteWise^(TM)工具的污染场地修复环境足迹分析

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中国环境科学 2024年第1期44卷 278-287页

作者：肖萌刘瑞平李香兰张红振徐铁兵佟雪娇贾御夫北京师范大学地理科学学部北京100875 生态环境部环境规划院北京100012 河北省生态环境科学研究院河北石家庄050037 煜环环境科技有限公司河北石家庄050000

采用SiteWise^(TM)工具对河北某化肥生产污染土壤修复全过程进行了温室气体排放、能源消耗、水资源和电力资源消耗、空气污染物排放等环境足迹的系统定量评估.结果显示,修复21800m^(3)受污染土壤,共排放温室气体2616t CO_(2)-eq,消耗能... 详细信息

采用SiteWise^(TM)工具对河北某化肥生产污染土壤修复全过程进行了温室气体排放、能源消耗、水资源和电力资源消耗、空气污染物排放等环境足迹的系统定量评估.结果显示,修复21800m^(3)受污染土壤,共排放温室气体2616t CO_(2)-eq,消耗能源2.11×10^(14)MJ,水资源1.1×10^(5)L,电力资源5.66×10^(4)kW⋅h,排放空气污染物1.58×10^(4)kg.采用SiteWise^(TM)工具自带的可再生能源情景分析发现,将可再生能源纳入修复系统,相对降碳1%时修复成本增加7.58%.不确定性分析结果表明,在95%置信区间内,温室气体排放量为2194~3086t CO_(2)-eq,能源消耗量为1.45×10^(14)~2.46×10^(14)MJ,整体不确定性程度较低.

关键词：常温解析化学氧化有机污染温室气体碳中和

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基于拓展交通均衡的高速路网充电桩优化部署

中国公路学报 2024年第4期37卷 61-71页

作者：张兆磊郝威李豪唐峰吕能超刘至真长沙理工大学智能道路与车路协同湖南省重点实验室湖南长沙410114 武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430070

电动汽车(Electric Vehicles, EV)在中长途出行中仍面临行驶里程问题,完善高速公路充电设施有助于缓解驾驶人的充电焦虑。为刻画EV用户的充电选择行为,以EV剩余里程和充电服务区平均必要服务时间为自变量构建效用函数,进而提出了基于多... 详细信息

电动汽车(Electric Vehicles, EV)在中长途出行中仍面临行驶里程问题,完善高速公路充电设施有助于缓解驾驶人的充电焦虑。为刻画EV用户的充电选择行为,以EV剩余里程和充电服务区平均必要服务时间为自变量构建效用函数,进而提出了基于多元Logit的充电选择模型。结合交通分配模型与充电选择模型,建立了拓展交通均衡模型,用于获取每个服务区的充电需求。在此基础上,以系统充电服务时间最小化为目标,建立了基于拓展交通均衡模型的充电桩双层规划模型,用于获取每个服务区最优的充电桩数量。针对大型路网下拓展交通均衡模型求解效率低的问题,将其转化为非线性互补问题进行求解,采用遗传算法与GAMS软件联合求解双层规划模型。以湖南省部分区域高速路网为例,对所提充电桩优化部署模型进行可行性分析,结果显示:相较于均匀分布的充电桩部署方案,优化后的方案降低了53.1%的系统服务时间。此外,通过敏感性分析发现,提高EV用户对路网信息的感知水平有助于提高部分服务区充电桩利用率,减少空充电需求服务区的数量。研究成果对高速公路充电桩的部署具有指导意义,有助于提高高速公路充电服务水平。

关键词：交通工程电动汽车充电桩部署交通均衡模型双层规划模型

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基于机器学习的寒区渠道冰情的遥感监测方法

农业工程学报 2024年第4期40卷 194-203页

作者：管光华熊发京武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072

寒区渠道冬季运行时常出现冰情,控制平封的封冻过程会大幅降低渠道输水能力,调控不当甚至可能产生冰塞、冰坝等灾害。国内外开展了大量渠道冰情研究,以期提升渠道冰期输水能力,但受限于观测资料的时空密度,数值模拟结果难以验证,调度决... 详细信息

寒区渠道冬季运行时常出现冰情,控制平封的封冻过程会大幅降低渠道输水能力,调控不当甚至可能产生冰塞、冰坝等灾害。国内外开展了大量渠道冰情研究,以期提升渠道冰期输水能力,但受限于观测资料的时空密度,数值模拟结果难以验证,调度决策缺少依据。遥感技术因其具有监测范围大、时效性高的特性,在渠道冰情监测中具有较大的应用潜力。为探索适用于寒区渠道冰情遥感监测的方法,该研究以南水北调中线京石段明渠段为研究区,基于Sentinel-2影像的11个波段反射率构建了完全特征、优选特征和组合特征3类特征空间数据集,作为支持向量机(support vector machine,SVM)、最大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE)、随机森林(random forest,RF)分类算法输入,训练得到了9个地物分类器,用于渠道结冰范围识别,并采用北拒马闸前影像渠道结冰范围提取试验,对比不同分类算法和输入特征组合下的分类性能。结果表明:在渠道结冰范围识别中,近红外、可见光和短波红外是关键波段。在样本数量有限的条件下,SVM算法结冰范围识别精度最高,不同特征输入下制图精度(producer’s accuracy,PA)可达85.10%~87.91%,错分误差(commission error,CE)为10.84%~16.08%;RF算法在完全特征和优选特征输入下分类精度与SVM接近,PA为84.67%~86.61%,CE为13.76%~14.41%,但其在组合特征下分类结果严重偏离实际;MLE算法在3类特征下的分类精度均较低,不适宜作为渠道结冰范围识别算法。综合来看,SVM算法对特征空间敏感性较低,在不同的特征输入下均能实现渠道结冰范围的高精度提取;RF算法对特征空间敏感性较高,当输入特征发生变化时,结冰范围识别精度不稳定。最后以完全特征下的SVM算法为例,进行了分类器的时空泛化性验证,结果表明模型在不同时间、不同渠段下,制图精度不低于82.09%,错分误差不高于13.82%,分类模型精度均较好,能有效识别渠道结冰范围。该研究方法可为寒区输水工程冰情监测提供新思路,亦可为类似工作提供参考。

关键词：遥感冰寒区渠道机器学习细小水体 Sentinel-2

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典型城市河网沉积物微塑料时空分布特征

环境科学 2024年第4期45卷 2142-2149页

作者：许万璐范一凡钱新南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210023

微塑料是近年来广受关注的一类新污染物.淡水系统沉积物作为微塑料重要的汇,能反映出当地微塑料的长期污染水平.为探究典型城市河网沉积物中微塑料的时空分布特征,于2018年12月和2019年6月在望虞河西岸河网区分别采集了17个采样点的沉... 详细信息

微塑料是近年来广受关注的一类新污染物.淡水系统沉积物作为微塑料重要的汇,能反映出当地微塑料的长期污染水平.为探究典型城市河网沉积物中微塑料的时空分布特征,于2018年12月和2019年6月在望虞河西岸河网区分别采集了17个采样点的沉积物样品,使用体视显微镜和显微傅立叶变换红外光谱仪对微塑料进行形态观察以及成分鉴定.结果表明,微塑料的平均丰度(以dw计)为323.37 n·kg^(-1),形状主要为碎片和纤维,颜色以黑色和蓝色为主,粒径主要分布在50~500μm之间,成分以PET、PE、PVE、PS和PP为主.夏季微塑料的丰度低于冬季,河网区上游地区微塑料的丰度高于中游和下游地区,最高丰度出现在污水处理厂的出水口采样点,沉积物中微塑料的丰度与表层水中微塑料的丰度无显著相关性.应用正定矩阵因子分解(PMF)模型解析微塑料的来源,发现微塑料的主要来源有农用塑料薄膜、生活废水、塑料垃圾以及工业生产.研究可为典型城市河网微塑料污染防控提供支撑.

关键词：城市河网微塑料(MPs) 沉积物时空分布来源

2016~2020年上海臭氧高发季光化学污染特征及敏感性分析

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环境科学 2024年第7期45卷 3799-3807页

作者：金丹上海市环境监测中心上海200235

重点臭氧污染区域和城市的臭氧生成敏感性分析是近地面臭氧(O_(3))污染防控的重要依据.基于上海市淀山湖站(郊区)、浦东站(城区)和新联站(工业区站)这3个典型站点2016~2020年5年间O_(3)、VOCs和NO_(x)数据,利用观测模型定量分析5年间臭... 详细信息

重点臭氧污染区域和城市的臭氧生成敏感性分析是近地面臭氧(O_(3))污染防控的重要依据.基于上海市淀山湖站(郊区)、浦东站(城区)和新联站(工业区站)这3个典型站点2016~2020年5年间O_(3)、VOCs和NO_(x)数据,利用观测模型定量分析5年间臭氧高发季O_(3)与前体物(VOCs和NO_(x))之间的非线性关系.结果表明,2016~2020年间,上海市近地面O_(3)高发月份为4~9月,其中,高峰值出现在6~8月;VOCs体积分数和NO_(2)浓度对浦东站的O_(3)浓度具备较强的指示意义,淀山湖站的O_(3)浓度主要是受区域性环境、气象因素和跨区域传输影响,新联站O_(3)浓度为环境背景浓度与工业区光化学污染的叠加效应.浦东站和淀山湖站处于VOCs控制区,新联站2016~2019年整体处于NO_(x)控制区附近,2020年开始逐步向VOCs控制区转变;浦东站、淀山湖站和新联站的L_(·OH)均为:NO_(x)控制区>协同控制区>VOCs控制区.

关键词：臭氧(O_(3)) 挥发性有机物(VOCs) 氮氧化物(NO_(x)) 相对增量反应性(RIR) 光化学反应臭氧生成敏感性

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活力海岸概念辨析及评价指标体系构建

中国环境科学 2024年第6期44卷 3387-3394页

作者：古雄杰邓建明曾剑韩宇张广之王菲菲全占军中国环境科学研究院北京100012 兰州大学生态学院甘肃兰州730030 浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院) 浙江杭州310000

海岸带具有重要的生态系统服务价值,但是由于自然灾害以及人类不合理的开发利用,海岸带遭到严重侵蚀和破坏.传统的海岸硬质结构防御模式已经不足以面对不断变化的沿海条件甚至加剧海岸侵蚀,因此基于自然解决方案的“活力海岸”越来越受... 详细信息

海岸带具有重要的生态系统服务价值,但是由于自然灾害以及人类不合理的开发利用,海岸带遭到严重侵蚀和破坏.传统的海岸硬质结构防御模式已经不足以面对不断变化的沿海条件甚至加剧海岸侵蚀,因此基于自然解决方案的“活力海岸”越来越受到人们的关注.本研究剖析了活力海岸内涵,提出了活力海岸核心要素,构建了活力海岸指标体系.采用德尔菲(Delphi)法开展2轮专家函询,通过计算专家积极性､专家权威程度､专家意见集中程度与协调系数,判断指标体系构建的可靠性;基于界值法筛选指标并结合专家意见构建活力海岸评价指标体系.活力海岸评价指标体系分为三个层次,即目标层、准则层和指标层,准则层分为“资源环境适宜性”､“资源环境可持续性”、“生态韧性”、“社会经济支撑性”4类,指标层包括一级指标13项和二级指标36项.活力海岸的核心特征是“基于自然元素”,通过采用自然材料或自然与人工材料相结合的技术保护、恢复和增强海岸带自然栖息地,最终促使海岸带资源环境条件和经济社会发展达到可持续发展的状态.我国目前活力海岸相关研究较少,本研究构建的活力海岸评价指标体系一定程度上填补了活力海岸管理模式的空白.

关键词：活力海岸海岸侵蚀德尔菲法指标体系

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苛碱体系低模数硅酸钠溶液的结构

中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1281-1290页

作者：连选彭志宏申雷霆齐天贵周秋生李小斌刘桂华中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083

通过红外光谱测试技术,研究二氧化硅质量浓度、模数以及放置时间对苛碱体系低模数m(m≤1)硅酸钠溶液结构的影响,比较纯硅酸钠溶液和预脱硅溶液在结构上的差异。研究结果表明:苛碱体系预脱硅溶液结构与纯硅酸钠溶液结构相似,模数0.75≤m... 详细信息

通过红外光谱测试技术,研究二氧化硅质量浓度、模数以及放置时间对苛碱体系低模数m(m≤1)硅酸钠溶液结构的影响,比较纯硅酸钠溶液和预脱硅溶液在结构上的差异。研究结果表明:苛碱体系预脱硅溶液结构与纯硅酸钠溶液结构相似,模数0.75≤m≤1.00,ρ(SiO2)≤20 g/L的硅酸钠溶液主要含有硅氧环状和三元环状这2种复杂阴离子;模数m≤0.50、30≤ρ(SiO2)≤50 g/L的硅酸钠溶液以单体和线型这2种简单形态出现;钠硅渣形成过程主要消耗单体硅酸根离子,ρ(SiO2)=50 g/L左右的预脱硅溶液结构稳定,溶液中的铝酸根离子不会影响硅酸根离子结构。

关键词：苛碱体系纯硅酸钠溶液预脱硅溶液结构红外光谱

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紫外光活化亚硫酸盐降解水中卡马西平

环境科学 2024年第3期45卷 1553-1560页

作者：林涛苑宇杰河海大学环境学院南京210098

研究了紫外光活化亚硫酸盐高级氧化工艺降解水中典型新污染物——卡马西平(CBZ)的效能和降解机制.探究了不同溶解氧浓度[ρ(DO)]对紫外光活化亚硫酸盐降解CBZ的影响,并在模拟自然水体环境控制初始ρ(DO)为(8.0±0.2) mg·L^(-1)条件下,... 详细信息

研究了紫外光活化亚硫酸盐高级氧化工艺降解水中典型新污染物——卡马西平(CBZ)的效能和降解机制.探究了不同溶解氧浓度[ρ(DO)]对紫外光活化亚硫酸盐降解CBZ的影响,并在模拟自然水体环境控制初始ρ(DO)为(8.0±0.2) mg·L^(-1)条件下,考察了不同工艺参数(亚硫酸盐投加量、反应pH)与水环境要素(碳酸氢根离子、氯离子、腐殖酸)对CBZ降解效能的影响.结果表明,紫外光活化亚硫酸盐工艺可在30 min内降解85.3%的CBZ,降解过程遵循拟一级动力学,动力学常数为0.055 7 min^(-1).并采用电子顺磁共振波谱技术、活性物质淬灭实验和竞争反应动力学实验发现,CBZ的降解主要来自紫外光活化亚硫酸盐工艺中硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)与羟基自由基(·OH)等活性物质,且降解贡献率分别为43.9%和56.1%.而且CBZ降解率随HCO_(3)^(-)浓度升高而降低,但Cl-浓度变化对CBZ降解率影响不大,水中存在的腐殖酸可显著抑制CBZ的降解.反应过程中硫酸盐的积累量显著低于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022)限值,且亚硫酸盐消耗速率(0.004 4 min^(-1))显著低于CBZ的降解速率,说明亚硫酸盐可被紫外光高效活化用于降解水中存在的CBZ.

关键词：紫外光亚硫酸盐卡马西平活性物质降解