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基于遍历搜索算法的水文地质参数优化求解

吉林大学学报（地球科学版） 2020年第6期50卷 1854-1861页

作者：邱淑伟吴亚敏柯昱琪闫佰忠河北地质大学水资源与环境学院石家庄050031 河北省水资源可持续利用与开发重点实验室石家庄050031 河北省水资源可持续利用与产业结构化协同创新中心石家庄050031

为了解决传统的Theis配线法在求参过程中无法利用全部抽水试验数据、手动配线效率较低、求参过程受人为主观因素影响较大等问题,利用抽水试验数据,以Theis公式和叠加原理为理论基础,以理论计算降深与实测降深的Nach-Sutcliffe效率系数... 详细信息

为了解决传统的Theis配线法在求参过程中无法利用全部抽水试验数据、手动配线效率较低、求参过程受人为主观因素影响较大等问题,利用抽水试验数据,以Theis公式和叠加原理为理论基础,以理论计算降深与实测降深的Nach-Sutcliffe效率系数值达到最大为目标函数,基于Matlab软件编程,再利用遍历搜索算法对导水系数(T)、贮水系数(S)在其对应范围内进行遍历,实现了水文地质参数的自动精确求解。将遍历搜索算法应用于2个抽水试验实例的水文地质参数求解,并与传统求参方法的计算结果进行比较分析。结果表明:利用遍历搜索算法求参的计算结果与传统求参方法的计算结果相近,表明利用遍历搜索算法求解水文地质参数有效可靠;2个抽水实例利用遍历搜索算法得到的参数对应的理论计算降深与实测降深的Nach-Sutcliffe效率系数值分别为0.996 5、0.970 8,且相比传统的求参方法而言更接近1.000 0,说明其拟合程度更好。

关键词：优化求解水文地质参数遍历搜索算法 Theis公式叠加原理

基于热转换元素分析同位素比质谱法研究水样中有机物对氢稳定同位素比值的影响

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岩矿测试 2019年第5期38卷 503-509页

作者：郝新丽韩思航杨磊戴忆竹黄璐瑶王竞铮河北地质大学水资源与环境学院河北石家庄050031 河北省水资源可持续利用与开发重点实验室河北石家庄050031 河北省水资源可持续利用与产业结构优化协同创新中心河北石家庄050031

在研究水文水资源方面,水中氢稳定同位素比值(δ^2H)是一项重要的检测参数,它的变化规律可以用于识别和量化水分来源、揭示水循环演化过程及形成机理,因此促进了水中δ^2H检测技术的发展。热转换元素分析同位素比质谱法(TC/EA-IRMS)测... 详细信息

在研究水文水资源方面,水中氢稳定同位素比值(δ^2H)是一项重要的检测参数,它的变化规律可以用于识别和量化水分来源、揭示水循环演化过程及形成机理,因此促进了水中δ^2H检测技术的发展。热转换元素分析同位素比质谱法(TC/EA-IRMS)测定氢稳定同位素具有高效、准确的特点,适合检测含有机物的水样。本文以乙醇为例,利用TC/EA-IRMS检测方法,探究水样中有机物含量对δ^2H值的影响。通过配制不同体积比的乙醇-水溶液,测定溶液的δ^2H值,建立了乙醇体积比与δ^2H值的线性方程,相关系数(R2)可达0.9996,说明水样中有机物会使δ^2H值产生线性变化,随着有机物含量增加,水样测定的δ^2H值逐渐向有机物的δ2H值方向偏移。利用该线性关系在已知有机物δ^2H值和体积比的条件下,可以对样品中H2O的δ^2H值进行修正。以乙醇实验为例,其修正结果与真值的相对误差为1.7%,通过修正可以得到真实水样中水分子的δ^2H值,有助于准确掌握水循环的状态和规律。同时,利用有机物与δ2H值的线性关系也可以对有机物进行溯源,在模拟溯源乙醇的实验中其溯源的δ2H值与真值相对误差仅为0.4%,说明该线性关系在有机物溯源方面具有良好的应用前景。

关键词：稳定同位素比质谱法热转换元素分析氢稳定同位素乙醇有机污染物溯源

河水入渗过程中近岸带地下水中砷的形成与影响因素研究

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地学前缘 2022年第4期29卷 455-467页

作者：鹿帅苏小四冯晓语孙超河北地质大学水资源与环境学院河北石家庄050031 河北省水资源可持续利用与开发重点实验室河北石家庄050031 河北省水资源可持续利用与产业结构优化协同创新中心河北石家庄050031 吉林大学水资源与环境研究所吉林长春130021 河北地质大学宝石与材料学院河北石家庄050031 河北省地质环境监测院河北省地质资源环境监测与保护重点实验室河北石家庄050021

沈阳黄家水源地是我国北方地区典型的傍河地下水水源地,近岸带地下水中铁(Fe)、锰(Mn)、砷(As)含量严重超标。为查明地下水中As的来源与影响因素,对研究区河水、地下水以及土壤样品进行采集与测试,分析了水样常规指标与碳硫稳定同位素... 详细信息

沈阳黄家水源地是我国北方地区典型的傍河地下水水源地,近岸带地下水中铁(Fe)、锰(Mn)、砷(As)含量严重超标。为查明地下水中As的来源与影响因素,对研究区河水、地下水以及土壤样品进行采集与测试,分析了水样常规指标与碳硫稳定同位素、土样中典型矿物、砷的含量及赋存形态。结果表明,研究区河水中As含量很低,而地下水中As含量普遍超标。河水入渗初期,氧化性河水使部分含As矿物发生氧化而释放As;随着河水入渗,地下水向还原环境转变,含As的Fe/Mn矿物发生还原性溶解,地下水中As含量逐渐升高。研究区典型矿物有黄铁矿、菱铁矿、软锰矿、赤铁矿、针铁矿、菱锰矿等,通过可交换态砷解吸、有机质结合态砷氧化、铁锰氧化物结合态砷还原性溶解等,介质中的As释放至地下水中。地下水中As含量与酸碱度(pH)、氧化还原电位(Eh)呈一定负相关,与溶解有机碳(DOC)、HCO_(3)^(-)、Fe、Mn含量呈正相关。

关键词：河水入渗近岸带地下水砷沈阳黄家水源地

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生物膜生态浮床对城市尾水净化特征分析

环境科学 2020年第2期41卷 809-814页

作者：赵志瑞张佳瑶李铎李方红河北地质大学水资源与环境学院石家庄050031 中国科学院生态环境研究中心环境生物技术重点实验室北京100085 河北省水资源可持续利用与开发重点实验室石家庄050031

为探究生物膜对城市尾水的净化特征,通过采用联合生物膜生态浮床技术,考察生物膜长度、水力停留时间(HRT)及生物膜覆盖面积对含氮尾水的净化特征.结果表明,生物膜为1/2水深长度时,NH4^+-N、NO3^--N和TN的去除率分别可达到90.82%、62.7%... 详细信息

为探究生物膜对城市尾水的净化特征,通过采用联合生物膜生态浮床技术,考察生物膜长度、水力停留时间(HRT)及生物膜覆盖面积对含氮尾水的净化特征.结果表明,生物膜为1/2水深长度时,NH4^+-N、NO3^--N和TN的去除率分别可达到90.82%、62.7%和81.96%,氮去除率较高,而生物膜长度为整个河道水深时,NH4^+-N的去除率最高只有22.07%,NO3^--N和TN的浓度变化不明显.在HRT为6 d时,NH4^+-N和TN的去除率最高分别可达到82.01%和62.88%,最低分别为55.24%和46.82%;当HRT为12 d时,NH4^+-N和TN的去除率最高分别可达81.4%和79.93%,但最低分别达到了8.73%和17.23%,对比发现,HRT为6 d时氮的去除效率较高且稳定.在生物膜覆盖面积为10%时,一个运行周期内NH4^+-N去除率呈下降趋势,而覆盖面积为20%时,去除率呈上升趋势;TN在10%和20%的膜覆盖面积条件下去除率分别为62.88%和71.09%.

关键词：含氮尾水生物膜生态浮床脱氮菌去除率

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基于随机模拟的地下水污染物最优水力截获量

中国环境科学 2018年第9期38卷 3421-3428页

作者：付晓刚唐仲华吕文斌王小明闫佰忠中国地质大学环境学院湖北武汉430074 河北地质大学河北省水资源可持续利用与开发重点实验室河北省水资源可持续利用与产业结构优化协同创新中心河北石家庄050031 河北省地矿局第三水文工程地质大队河北衡水053000

水力截获技术是净化或抑制地下水污染最为广泛使用的一种方法,而该技术实施过程中,如何确定最优水力截获量是其需要重点解决的关键问题.本文针对传统确定性方法计算最优水力截获量不合理的问题,从水文地质参数的随机性出发,应用基于随... 详细信息

水力截获技术是净化或抑制地下水污染最为广泛使用的一种方法,而该技术实施过程中,如何确定最优水力截获量是其需要重点解决的关键问题.本文针对传统确定性方法计算最优水力截获量不合理的问题,从水文地质参数的随机性出发,应用基于随机理论的蒙特卡罗方法,通过实例来研究渗透系数的空间变异性对地下水污染物水力截获系统的影响,并寻求估算最优水力截获量的新方法.通过研究表明:基于确定性方法计算出最优水力截获量为110m^3/d时恰好能完全截获污染区的污染物;应用随机模拟研究含水层渗透系数的空间变异性对水力截获系统的影响,发现当以传统确定性方法所计算的最优水力截获量(110m^3/d)抽水时,并不能总是完全截获地下水污染物,其面临的稳定平均风险率高达24%;充分考虑了含水层渗透系数空间变异的Monte Carlo方法较以往传统确定性方法更为可靠,为此本文提出利用随机方法从截获系统可接受风险角度确定最优截获量的新思路.

关键词：随机模拟蒙特卡罗模拟方法空间变异性水力截获

氧化石墨烯/海藻酸钠复合膜对Pb(Ⅱ)的吸附性能和机制

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复合材料学报 2020年第3期37卷 681-689页

作者：王磊白成玲朱振亚西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西省膜分离重点实验室陕西省环境工程重点实验室西安710055 河北地质大学水资源与环境学院河北省水资源可持续利用与开发重点实验室河北省水资源可持续利用与产业结构优化协同创新中心石家庄050031

海藻酸钠(SA)基的过滤膜是处理含Pb(Ⅱ)废水的理想膜分离材料,将氧化石墨烯(GO)和尿素添加进SA中,以CaCl2溶液交联,制备出GO/SA复合膜,并考察了其对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附性能。通过静态吸附实验,探讨了Pb(Ⅱ)初始浓度、GO质量分数、初... 详细信息

海藻酸钠(SA)基的过滤膜是处理含Pb(Ⅱ)废水的理想膜分离材料,将氧化石墨烯(GO)和尿素添加进SA中,以CaCl2溶液交联,制备出GO/SA复合膜,并考察了其对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附性能。通过静态吸附实验,探讨了Pb(Ⅱ)初始浓度、GO质量分数、初始pH值和吸附时间、吸附-解吸次数等对GO/SA复合膜吸附Pb(Ⅱ)效果的影响;对吸附过程进行了吸附动力学和吸附热力学分析,利用FTIR-ATR、XPS等对GO/SA复合膜吸附Pb(Ⅱ)的机制进行了解析。结果表明,GO/SA复合膜对Pb(Ⅱ)的吸附量与Pb(Ⅱ)初始浓度正相关,在pH=5时吸附效果最优,GO质量分数为0.3wt%时为最优配比;吸附过程符合伪二级动力学模型;热力学等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,温度为318 K时,Langmuir模型拟合得到的GO/SA复合膜吸附量达到320.51 mg·g-1。GO/SA复合膜对Pb(Ⅱ)的吸附机制主要为物理吸附。

关键词：氧化石墨烯(GO) 海藻酸钠(SA) 复合膜吸附机制 Pb(Ⅱ)

磺化氧化石墨烯/聚砜复合膜的制备及抗污染性能

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复合材料学报 2019年第11期36卷 2515-2521页

作者：朱振亚白成玲王磊孟晓荣西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西省膜分离重点实验室西安710055 河北地质大学水资源与环境学院河北省水资源可持续利用与开发重点实验室石家庄050031

采用浸没沉淀-相转化法制备了磺化氧化石墨烯/聚砜(SGO/PSf)复合膜,对SGO/PSf复合膜的亲水性、纯水通量、孔隙率、表面Zeta电位、膜断面和表面形貌进行测定。为了分析SGO/PSf复合膜的抗污染性能,采用自制牛血清白蛋白(BSA)探针,借助原... 详细信息

采用浸没沉淀-相转化法制备了磺化氧化石墨烯/聚砜(SGO/PSf)复合膜,对SGO/PSf复合膜的亲水性、纯水通量、孔隙率、表面Zeta电位、膜断面和表面形貌进行测定。为了分析SGO/PSf复合膜的抗污染性能,采用自制牛血清白蛋白(BSA)探针,借助原子力显微镜(AFM)测定了SGO/PSf复合膜与BSA之间的黏附力。结果表明,由于SGO与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的协同作用,SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的表面自由能最大(114.47mJ/m^2),亲水性最好,对BSA的截留率为97.5%,污染恢复率达到80.06%。BSA与SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜之间的黏附力最小(-0.61mN/m),说明SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的抗污染能力最强。

关键词：磺化氧化石墨烯聚砜抗污染复合膜

纳米SiO_2-氧化石墨烯/聚偏氟乙烯杂化膜的制备及特性

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复合材料学报 2018年第4期35卷 785-792页

作者：朱振亚王磊姜家良徐亚伟李青青西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西省膜分离重点实验室西安710055 河北地质大学水资源与环境学院河北省水资源可持续利用与开发重点实验室石家庄050031

采用原位水解的方式制备了新型SiO_2-氧化石墨烯(GO)纳米杂化颗粒。选择GO、SiO_2、SiO_2-GO颗粒和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,采用浸没沉淀相转化法分别制备了聚偏氟乙烯(PVDF)杂化膜。测定了PVDF杂化膜的纯水通量、膜面接触角、牛... 详细信息

采用原位水解的方式制备了新型SiO_2-氧化石墨烯(GO)纳米杂化颗粒。选择GO、SiO_2、SiO_2-GO颗粒和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,采用浸没沉淀相转化法分别制备了聚偏氟乙烯(PVDF)杂化膜。测定了PVDF杂化膜的纯水通量、膜面接触角、牛血清白蛋白(BSA)截留率和污染恢复率等参数。结果表明,SiO_2-GO/PVDF-PVP膜的接触角从78.4°减小到66.02°,膜的亲水性能有所提升。同时,SiO_2-GO/PVDF-PVP膜的纯水通量最大(1018L/(m^2·h)),对BSA的截留率达到81.5%,污染恢复率达到了78.65%以上。新型SiO_2-GO纳米杂化颗粒协同PVP添加剂增强了PVDF超滤膜的水通量、污染物截留和抗污染特性等综合性能,为传统PVDF有机膜的改性提供了一种新方法。

关键词：纳米颗粒氧化石墨烯聚偏氟乙烯杂化膜抗污染

石家庄滹沱河山前冲洪积扇地下水位动态演变特征及影响机制

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吉林大学学报（地球科学版） 2023年第6期53卷 1880-1891页

作者：闫佰忠盖俊百王昕洲占新凯马苗苗河北省地质资源环境监测与保护重点实验室(河北地质大学) 石家庄050031 河北省水资源可持续利用与开发重点实验室(河北地质大学) 石家庄050031 河北省水资源可持续利用与产业结构化协同创新中心(河北地质大学) 石家庄050031

为探寻人类活动影响下的石家庄滹沱河山前冲洪积扇地下水位动态时空演变特征及影响因素,以研究区年降水量、地下水埋深、地下水开采量,人口、GDP等数据为基础,绘制不同阶段的地下水平均水位变幅图和地下水流场图,探讨了地下水流场时空... 详细信息

为探寻人类活动影响下的石家庄滹沱河山前冲洪积扇地下水位动态时空演变特征及影响因素,以研究区年降水量、地下水埋深、地下水开采量,人口、GDP等数据为基础,绘制不同阶段的地下水平均水位变幅图和地下水流场图,探讨了地下水流场时空演变特征,在此基础上充分探究了人类活动(地下水开采、人工压采)、自然因素(降水)和其他因素(人口、GDP、土地利用类型)对地下水位动态的影响机制。研究结果表明:1)时间尺度上,1980—2000年研究区年均地下水埋深缓慢增大,2000—2015年快速增大,2015—2021年呈现减小趋势,其中2016年为转折点;空间尺度上,研究区地下水埋深呈现西北小、东南大的特点,地下水整体由西北流向东南。2)1980—2015年研究区内地下水降落漏斗面积较大,地下水在漏斗区发生汇流,2015年后研究区内地下水降落漏斗面积逐渐减小,汇流情况逐渐消失。3)1980—2000年降水与地下水农业开采为年均地下水埋深变化的直接主导因素,2000—2015年地下水工业开采转变为直接主导因素,2015—2021年人工压采转变为直接主导因素。4)人口、GDP以及土地利用类型间接影响研究区整体地下水埋深,石家庄滹沱河山前冲洪积扇地下水埋深变化有明显的阶段性特点。

关键词：地下水位动态人类活动影响因素滹沱河冲洪积扇