丁香酚对解淀粉芽孢杆菌气液界面生物膜的抑制作用

为研究丁香酚对解淀粉芽孢杆菌DY1a生物膜的抑制作用及成膜早期界面黏附聚集能力的影响,分析了不同质量浓度的丁香酚对生物膜形成、生物膜表面微观结构、膜内活菌数及生物膜基质多糖和蛋白质含量的影响,并评价其对成熟生物膜的清除能力,通过细菌运动能力实验、细胞表面疏水性、细胞表面Zeta电位及细胞自聚集能力,综合分析丁香酚对生物膜形成早期界面黏附聚集能力的影响。结果表明:丁香酚对解淀粉芽孢杆菌的最低生物膜抑制质量浓度(MBIC)为1.500mg/mL,MBIC的丁香酚对成熟生物膜清除率为28.85%。添加1/2 MBIC、1/4 MBIC的丁香酚培养基气液界面形成的生物膜较为单薄,表面较为光滑平整,生物膜内活菌数显著降低。丁香酚对腐败菌泳动能力抑制率为22.16%~100.00%,对丛集能力的抑制率为43.86%~97.50%,使细胞表面疏水性、细胞表面负Zeta电位和自聚集率均降低。此外,丁香酚显著抑制了腐败菌胞外多糖和蛋白质合成。丁香酚对芽孢杆菌生物膜的抑制作用主要是通过抑制细菌运动能力,降低细胞表面的疏水性、自聚集性,从而干扰早期菌体在成膜界面上的黏附能力,并通过抑制胞外聚合物组分的合成分泌延迟生物膜的形成和成熟。丁香酚可作为抑制腐败解淀粉芽孢杆菌气液界面生物膜形成的潜在抗生物膜剂。     

石漫滩水库坝基廊道析出物组成特征与成因分析

大坝廊道析出物是坝基水对基岩及混凝土等侵蚀作用的产物,其形成与演变可能对大坝运行安全产生不利影响。石漫滩水库除险加固前其廊道内广泛分布各类析出物,为探明其物质组成并分析来源,对析出物及其附近渗漏水进行了采样分析,对析出物分别采用X射线衍射和荧光光谱分析方法确定其矿物和化学组成,并通过水化学图示和模型计算等方法研究渗漏水的化学组成及演变。结果表明,分布最广泛的白色析出物主要化学组分为CaO和烧失量、矿物组分为方解石,其来自于坝体混凝土中水泥结石的溶解与再沉淀,而部分黑色析出物主要化学组分为MnO,来源于坝基水对基岩中锰质胶结物的化学侵蚀。分析结果结合扬压力等观测资料,可为除险加固工程中坝体及坝基对应补强提供科学依据。     

基于粒子群算法优化极限学习机的区域地下水水质综合评价模型

地下水环境质量的准确评价可降低由水质不确定性导致的农业水管理决策风险,对于指导区域发展绿色农业、清洁生产等均具有重要的实践意义。针对ELM会随机产生输入层与隐含层的连接权值和隐含层阈值,导致网络泛化能力降低以及过度拟合引起的评价结果失真问题,提出一种基于粒子群算法优化极限学习机的地下水水质综合评价模型。选取黑龙江省建三江地区为研究区域,通过典型农业机井中地下水体的实地采样,利用构建的PSO-ELM模型对地下水水质进行综合评价。结果表明:PSO-ELM模型拟合性高于传统的ELM模型和RBF模型,并提高了区域地下水水质的模拟评价效果。建三江地区下辖的15个农场,整体地下水水质较好。研究区范围内地下水水质等级呈现出集中式分布特点,地下水综合水质较差的农场集中在研究区中东部,水质较好的农场集中在研究区的东西两侧。建三江地区地下水水质地域性规律主要与化肥施用量有关。为此,在保障粮食安全与用水安全的同时实现清洁生产应注意控制化肥的使用量,积极探索作物高产新举措。     

全贯流泵流动特性数值模拟和性能预测

为研究全贯流泵(电机泵)的性能,采用CFD软件对全贯流泵模型装置进行三维流动数值模拟,分析了全贯流泵内部流态和整体性能。结果表明:全贯流泵模型装置在各个工况下前导叶进口流速均匀度均在97%以上、叶轮进口流速均匀度均在91%以上,均匀度足以保证水泵性能。进水喇叭管、前导叶水力损失小,后导叶、出水喇叭管水力损失大。出水喇叭管出口断面流速分布不均匀,流态差。该装置最高效率为69.47%,对应工况流量为290L/s时,扬程为4.855m。在各个工况下,全贯流泵模型装置扬程比对照轴流泵装置扬程小,效率比对照轴流泵装置效率低,消耗的轴功率比对照轴流泵装置消耗的轴功率多。全贯流泵管路短,出水喇叭管出口流速大,扩散不充分,水力损失大,这是全贯流泵装置效率低的主要原因。     

基于PCA和ArcGIS空间分析的河北省农业节水区划

农业节水区划是区域农业规划的前提。针对河北省水资源匮乏的问题,选取灌溉需水指数、农田生产潜力、作物净初级生产力、土壤类型、地下水利用情况、地形地貌、人口及GDP等8项指标,通过ArcGIS的空间分析功能结合主成分分析法,构建了河北省节水区划模型,对河北省进行合理的农业节水区划,以提高灌溉水利用效率和农业生产效率。结果显示,河北省各县/区间模型评价结果差异明显,根据模型评分将河北省149个县/区划分为农业节水急切发展区、农业节水重要发展区和农业节水暂缓发展区3类区域,总体上河北省东南部农业节水建设需求高于西北部。最后根据各类区域特点,提出了各区存在的问题及未来发展建议。     

水泥改性膨胀土强度与变形特性试验研究

以驷马山中-弱膨胀土为研究对象,以水泥作为改性材料,通过室内常规三轴试验,研究水泥改性膨胀土的强度与变形特性。试验结果表明:掺入水泥后,能提高膨胀土的塑限,降低塑限指数和自由膨胀率;水泥改性膨胀土三轴应力-应变曲线存在弹性、非线性强化、应力软化等三个阶段,并随围压的增大,由软化型逐渐向硬化型发展;峰值强度、残余强度均随围压的增大而增大,试样为剪切破坏形态,剪切破坏角符合摩尔-库伦理论计算值。     

基于Green-Ampt和稳渗不同入渗模型下的城市内涝影响数值模拟

为分析Green-Ampt和稳渗两种入渗模型对城市内涝的影响,以陕西省西咸新区沣西新城核心区为研究区域,应用基于水文及水动力方法的城市雨洪过程数值模型模拟城市暴雨致涝过程。以Green-Ampt入渗模型计算产流,模拟研究区内涝积水过程,发现计算数据与实测数据吻合度高,内涝积水点均实现精确的模拟。计算了1a、2a、5a、10a、20a、50a6种不同重现期设计降雨在两种不同入渗模型下的内涝积水总量与总面积的变化,结果表明:城市内涝积水达到峰值时,不同降雨重现期下Green-Ampt入渗下相较于稳渗内涝积水总量分别减少28.41%、26.49%、26.39%、21.04%、17.28%、15.02%,Ⅲ级及以上内涝积水总面积分别减少31.5%、28.6%、28.3%、20.7%、16.3%、12.7%。本研究应用不同入渗模型揭示了内涝积水程度在不同降雨重现期下的变化规律,对更合理地开展数值模型模拟以及城市雨洪管理工作具有重要借鉴意义。     

基于耦合模型的流域污染负荷分配实例

流域污染负荷分配是实施流域精细化管理的重要措施。在指标选取过程中,为了定量描述评价指标对流域污染负荷分配的重要性,引入随机森林算法对各指标作重要性评价,依据重要性程度筛选涵盖全部影响因素的评价指标,并进一步确定各指标权重。将评价指标体系与环境基尼系数模型相结合,构建污染负荷分配耦合模型,并以清潩河流域(许昌段)为例,制定基于控制单元的COD负荷分配方案。结果表明,满足重要性评分要求的指标分别是居民人均收入、单位GDP污水产生量、工业企业水消费量、地表水资源量、控制单元面积,评分分别为13.97、9.65、8.77、5.21、1.09。依据耦合模型制定的2020年清潩河流域(许昌段)各控制单元COD负荷分配方案中,控制单元QYH-3的削减量和削减率均最大,分别为617.14t/a和30.44%。分配方案基本符合流域实际,结果较为科学合理。     

气候变化与人类活动影响下大清河流域上游河流径流响应研究

河北雄安新区的设立,引起了各界对雄安新区所在的大清河流域的广泛关注,特别是其水资源的变化特征与影响因素是了解雄安新区水资源情势的重要参考。研究解析了人类活动和气候变化对大清河流域上游径流过程的相对影响,采用SWAT模型模拟了大清河流域上游径流过程,并结合弹性系数法验证比对,分离了人类活动与气候变化对大清河流域上游径流过程的贡献率。结果表明,1981-2015年,大清河流域上游山区倒马关站及紫荆关站径流量均呈减少趋势,倒马关站及紫荆关站年径流量递减速率分别为0.10m3/s及0.07m3/s。人类活动为影响径流的主导因子,其贡献率为53.4%～60.8%;气候变化较人类活动影响径流稍小,其贡献率为39.2%～46.6%。研究结果可为支撑未来雄安新区建设区域水资源规划和管理提供依据。     

基于临界雨量推求复合预警指标的方法及应用

基于全国山洪灾害调查评价获取的山洪灾害防治断面临界雨量数据,依据流域产汇流原理充分考虑前期影响雨量Pa、临界雨量P和预警时段H对复合预警指标的不同影响,提出了由临界雨量推求复合预警指标的公式,并以江西婺源县为例说明了该公式的可行性及其应用过程,提出了一套完整的山洪灾害预警方案。结果表明:婺源县复合预警指标值的平均极差为5.4,平均变差系数为0.029,由临界雨量推求复合预警指标可行。将降雨开始时的前期影响雨量、实测或预报的雨量及其时段长代入公式得实时复合预警指标值,再与断面复合预警指标阈值比较,达到或超过预警阈值即发布山洪预警,否则根据后续降雨情况重新判断是否预警。该方法充分利用事发之前的已有信息,能计算任意时段预警值,可为山洪灾害预警提供一种新的有效方法。