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化工学报 2025年

作者：吴罗长杨泽宇颜建国朱旭涛陈阳王子辰西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室

开展了超临界二氧化碳1.6 mm × 1.6 mm水平方形管道内受热条件下流动传热特性的实验研究。实验参数为：系统压力7.4～8.4 MPa(相对压力p/pcr= 1.003～1.138)，质量流速500～1500 kg/(m2·s)，热通量100～300 kW/m2的传热实验... 详细信息

开展了超临界二氧化碳1.6 mm × 1.6 mm水平方形管道内受热条件下流动传热特性的实验研究。实验参数为：系统压力7.4～8.4 MPa(相对压力p/pcr= 1.003～1.138)，质量流速500～1500 kg/(m2·s)，热通量100～300 kW/m2的传热实验。分析了热工参数、浮升力和热加速效应对方管内传热特性的影响规律，根据传热曲线分布特性，将超临界CO2流动换热分为类液相、类两相、类气相3个区域。实验结果表明：类两相区域时，在临界温度处平均壁温与主流温度的差值存在最小值，平均对流传热系数存在峰值。类气态区域内的传热性能较类液相区域相对减弱。浮升力使底部壁面传热得到了强化，相比之下顶部壁面的传热得到较弱，流体热加速效应对本实验对流换热影响几乎可以忽略。通过引入表征浮升力效应的无量纲热通量q+，提出了一个适用于方形微小通道超临界CO2传热关联式，预测误差范围为+20%～-20%。

关键词：超临界二氧化碳对流传热微通道浮升力

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渭河流域地下水氮污染的来源示踪及其迁移转化过程识别

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环境科学学报 2025年第1期45卷 272-282页

作者：杨楠张妍孙豪王超西北大学城市与环境学院西安710127 西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048

地下水氮污染与人类健康息息相关,对氮污染来源的划分是有效控制地下水污染的关键.本研究采集了渭河流域地下水样品,结合水化学方法和环境稳定同位素技术,对冬夏两季地下水中氮污染的时空分布特征、迁移转化过程及来源进行了研究,并结合... 详细信息

地下水氮污染与人类健康息息相关,对氮污染来源的划分是有效控制地下水污染的关键.本研究采集了渭河流域地下水样品,结合水化学方法和环境稳定同位素技术,对冬夏两季地下水中氮污染的时空分布特征、迁移转化过程及来源进行了研究,并结合SIAR同位素混合模型定量分析了不同来源氮对地下水硝酸盐氮的贡献率.结果表明,硝酸盐氮是渭河流域地下水氮污染的主要形式.夏季和冬季硝酸盐氮与氨氮浓度无显著性差异(p>0.05),而亚硝酸盐氮浓度在冬季显著大于夏季(p<0.01).硝酸盐氮浓度在空间上无显著性差异,亚硝酸盐氮浓度下游大于上、中游(p<0.01),氨氮浓度表现为中游大于上游和下游(p<0.01).冬季宝鸡市、兴平市与夏季宝鸡市、眉县、兴平市附近采样点硝酸盐氮浓度超过生活饮用水卫生标准(GB 5749-2022)规定的10 mg·L^(-1),两季超标率分别为20%和30%,超标样品δ^(15)N范围为+1.33%~+14.36%.地下水硝酸盐氮的主要来源是粪便及污废水、化肥以及土壤有机氮,以上来源对冬季地下水硝酸盐氮的贡献率分别为42.73%、22.99%和21.84%,对夏季的贡献率分别为40.34%、36.97%和18.02%,大气沉降在两季对地下水氮污染的贡献最小.冬季氮转化的主要过程是硝化作用与异化硝酸盐还原作用(DNRA),而夏季的主导过程为硝化作用,异化硝酸盐还原作用相对较弱.提高生活污废水收集效率,改善化粪池管理,推广有机肥料的施用,提高肥料与土壤中氮利用效率是减少渭河流域地下水硝酸盐氮的重要举措.

关键词：地下水氮污染氮氧双同位素迁移转化季节性变化

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桥山林区不同林分和坡位土壤水分对典型降雨的响应

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水土保持学报 2025年第1期39卷 84-93,101页

作者：郭义选李婧徐国策张译心陈曦谷丰佑王斌西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048

[目的]降雨是土壤水分补给的主要来源,直接影响着土壤水分的分布特征,进而影响植被的生长状况,为探明桥山林区不同林分和坡位土壤水分对典型降雨的响应规律。[方法]以黄土高原南部桥山林区为研究对象,通过对典型林分(阔叶纯林和针阔混交... 详细信息

[目的]降雨是土壤水分补给的主要来源,直接影响着土壤水分的分布特征,进而影响植被的生长状况,为探明桥山林区不同林分和坡位土壤水分对典型降雨的响应规律。[方法]以黄土高原南部桥山林区为研究对象,通过对典型林分(阔叶纯林和针阔混交林)不同土层深度土壤水分和降雨的监测,探究不同植被覆盖和坡位条件下的各层土壤水分体积分数对典型降雨的响应特征。[结果]1)研究期,降雨量主要集中在8月、9月、10月,其中9月的降雨量最大为251.7 mm。各样点同一土层的土壤水分体积分数季节性差异显著(p≤0.05),不同土层的平均土壤水分体积分数均在夏季最低。2)中雨事件仅浅层土壤水分体积分数对降雨发生响应,针阔混交林土壤水对降雨的响应强度>阔叶纯林。3)大雨事件土壤水对降雨的响应为针阔混交林大于阔叶纯林,不同坡位的响应关系为浅层坡下>坡中>坡上,深层坡上>坡中>坡下。4)暴雨事件土壤水对降雨的响应为阔叶纯林大于针阔混交林,不同坡位的响应关系为浅层坡下>坡中>坡上,深层坡上>坡中>坡下。5)在3场降雨中针阔混交林的补给量分别为纯阔叶林的1.55、1.65、1.00倍。[结论]探究桥山林区土壤水分对降雨的响应和浅层土壤水运动的过程,对桥山林区坡面降雨资源的优化配置和森林生态系统可持续恢复具有重要意义。

关键词：土壤水分降雨响应桥山林区林分类型

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复合式进水工况下泄洪建筑物的消涡措施设计及试验研究

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长江科学院院报 2025年

作者：杨杰白浩浩程琳李高超石申奥西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安理工大学水利水电学院

复杂的环境条件下水利工程泄洪建筑物会出现正向和侧向进水并存的复合式进水工况，导致其产生进水口方向与河流主流方向不一致情况，因此进水口前产生的漩涡特性复杂，使得常规消涡措施效果并不理想。针对复合式进水工况下泄洪洞存在的... 详细信息

复杂的环境条件下水利工程泄洪建筑物会出现正向和侧向进水并存的复合式进水工况，导致其产生进水口方向与河流主流方向不一致情况，因此进水口前产生的漩涡特性复杂，使得常规消涡措施效果并不理想。针对复合式进水工况下泄洪洞存在的漩涡问题，研究依托某抽水蓄能电站工程开展模型试验研究，分析漩涡产生原因并提出消涡思路，设计消涡措施。结果表明：在水流进口侧，缩短消涡梁间距可有效截断漩涡增大路线；同时，在布置3根消涡梁基础上，增设3块贴合进口形状的30°三角消涡板，并延长中间消涡竖梁宽度的方法可增加消涡能力。该方法可将直径7.5cm的吸气漩涡彻底消减为0.1～0.3cm的表面漩涡，达到完全消除复合式进水工况下吸气漩涡的目标。研究成果为类似进水口的消涡设计提供有效参考。

关键词：泄洪建筑物复合式进水工况立轴漩涡模型试验消涡措施

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高温煤岩液氮冷却后巴西劈裂破坏及声发射演化特征

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工程科学与技术 2025年第1期57卷 177-188页

作者：薛熠张家辉刘嘉时旭阳蔡承政张志镇高峰张云西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

采用压裂技术提升煤层气储层渗透性是强化煤层气开发的重要途径。对于深部高温煤层气储层,液氮压裂技术通过在煤层中注入低温液氮形成显著热应力,基于冷冲击作用可实现对煤层气储层的致裂增渗。为研究液氮作用对高温煤岩的力学特性及损... 详细信息

采用压裂技术提升煤层气储层渗透性是强化煤层气开发的重要途径。对于深部高温煤层气储层,液氮压裂技术通过在煤层中注入低温液氮形成显著热应力,基于冷冲击作用可实现对煤层气储层的致裂增渗。为研究液氮作用对高温煤岩的力学特性及损伤破裂特征的影响机制,对加热至不同温度条件下的煤样进行液氮冷却处理,通过波速测试和巴西劈裂测试,研究液氮对高温煤样波速、强度、声发射和裂纹演化等特征及破裂模式的影响机制。结果表明:高温煤样在液氮冷却作用后,力学性能出现了显著劣化,P波波速降低,超声频率分化严重,主频由51.10 kHz降至40.88 kHz。煤样逐渐由脆性破坏向延性破坏转变,巴西劈裂模量和脆性指数降幅最高分别为67%和75%。在巴西劈裂荷载下,煤样内部声发射信号均表现为低RA值、高AF值;煤样内部破坏形式主要为拉伸破坏,其次为剪切破坏。随着煤样初始温度的增加,煤样断裂面上形成多个起伏区域,3维形貌扫描的最大波峰与最大波谷高度差最高可达37.60 mm。液氮冷却诱导的微裂隙交叉扩展形成复杂的裂纹网络,进而导致局部失效区域的形成和煤样断裂面复杂化。表观裂纹分形维数在初始加热温度为100℃时达到最大值,由初始20℃时的0.50增加到1.83。研究结果可为深部高温煤层液氮压裂设计提供理论参考。

关键词：液氮煤岩热应力巴西劈裂损伤

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陕北风沙滩区地表植被对地下水埋深的响应

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应用基础与工程科学学报 2025年第1期33卷 169-181页

作者：聂卫波农晓星范玉露马孝义吴久江王永强西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100

为探究陕北风沙滩区地表植被覆盖度和优势种对地下水埋深的响应关系,以陕北风沙滩区2004~2019年地下水监测井数据和遥感影像等资料为基础,分析了地表植被覆盖度和地下水埋深的时空变化特征,提出了地下水埋深对地表植被覆盖度影响较为敏... 详细信息

为探究陕北风沙滩区地表植被覆盖度和优势种对地下水埋深的响应关系,以陕北风沙滩区2004~2019年地下水监测井数据和遥感影像等资料为基础,分析了地表植被覆盖度和地下水埋深的时空变化特征,提出了地下水埋深对地表植被覆盖度影响较为敏感的范围,以及典型优势种适生的地下水埋深.结果表明:2004~2019年研究区域地表植被覆盖度由中低向中等覆盖度转变,整体呈现由WS向EN递增趋势;研究区域地下水埋深整体呈增加趋势,其中埋深减小区域集中在横山区、榆阳区和神木市,增大区域分布在定边县和靖边县;地表植被覆盖度大多为30%~50%,其中地下水埋深对地表植被覆盖度影响较为敏感的范围为1.5~8.0m;研究区域先锋植物、芨芨草、长芒、大针茅、短花针茅等典型优势种适生的地下水埋深分别为2.12~3.38m、1.53~2.97m、3.14~6.44m、4.58~5.93m和4.76~5.34m.研究结果可用于陕北风沙滩区不同地下水埋深条件下的植被恢复,为其生态环境的健康发展提供依据.

关键词：陕北风沙滩区地下水埋深植被覆盖度优势种遥感时空变化

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SWMM的模型改进和耦合应用研究进展

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中国给水排水 2025年第4期41卷 39-48页

作者：高佳玉李家科刘柯涵蒋春博姚雨彤西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

模型模拟是城市雨洪管理领域在规划、设计、预测等方面的重要工具和手段。由于现有的城市雨洪管理模型(SWMM)在功能、精度、可视化等方面存在一定短板,难以满足工程应用的多样性和复杂性,因此对模型的改进、耦合有着迫切需求。围绕SWMM... 详细信息

模型模拟是城市雨洪管理领域在规划、设计、预测等方面的重要工具和手段。由于现有的城市雨洪管理模型(SWMM)在功能、精度、可视化等方面存在一定短板,难以满足工程应用的多样性和复杂性,因此对模型的改进、耦合有着迫切需求。围绕SWMM的应用现状,系统阐述了国内外研究热点;从模型机理、模型精度及模型应用三个方面分析了SWMM存在的问题,并从模型改进和耦合应用两个解决途径对国内外研究进展进行了归纳总结;最后对SWMM未来的研究方向提出展望,以期为SWMM的高效应用和功能强化提供基础,为SWMM和类似模型的二次开发提供思路。

关键词： SWMM 二次开发模型改进模型耦合

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微小方形通道内近超临界压力二氧化碳流动换热特性实验研究

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化工学报 2025年第4期76卷 1583-1594页

作者：吴罗长杨泽宇颜建国朱旭涛陈阳王子辰西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

开展超临界二氧化碳1.6 mm×1.6 mm水平方形管道内受热条件下流动换热特性的实验研究。实验参数为系统压力7.4~8.4 MPa(相对压力p/p_(cr)=1.003~1.138),质量流速500~1500 kg/(m^(2)·s),热通量100~300 kW/m^(2)。分析了热工参... 详细信息

开展超临界二氧化碳1.6 mm×1.6 mm水平方形管道内受热条件下流动换热特性的实验研究。实验参数为系统压力7.4~8.4 MPa(相对压力p/p_(cr)=1.003~1.138),质量流速500~1500 kg/(m^(2)·s),热通量100~300 kW/m^(2)。分析了热工参数、浮升力和热加速效应对方管内换热特性的影响规律,根据换热曲线分布特性,将超临界CO_(2)流动换热分为类液相、类两相、类气相3个区域。实验结果表明:类两相区域时,在临界温度处平均壁温与主流温度的差值存在最小值,平均对流传热系数存在峰值。类气态区域内的换热性能较类液相区域相对减弱。浮升力使底部壁面换热得到强化,相比之下顶部壁面的换热较弱,流体热加速效应对本实验对流换热影响几乎可以忽略。通过引入表征浮升力效应的无量纲热通量q~+,提出一个适用于方形微小通道超临界CO_(2)换热关联式,预测误差范围为+20%~-20%。

关键词：超临界二氧化碳对流换热微通道浮升力

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泾河流域浮游动物群落特征及优势种种间关系

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应用生态学报 2025年第2期36卷 587-595页

作者：王司权潘保柱杨子杰胡恩张鑫李刚赵丹胡竞翔西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 陕西省环境科学研究院西安710061

为分析泾河流域浮游动物群落特征以及优势种的种间关系,本研究于2021年秋季(10月)和2022年春季(5月)进行了系统的水生态调查。结果表明:春秋两季共鉴定出浮游动物71属150种,秋季浮游动物物种数和平均密度均小于春季,两季群落结构差异显... 详细信息

为分析泾河流域浮游动物群落特征以及优势种的种间关系,本研究于2021年秋季(10月)和2022年春季(5月)进行了系统的水生态调查。结果表明:春秋两季共鉴定出浮游动物71属150种,秋季浮游动物物种数和平均密度均小于春季,两季群落结构差异显著。以优势度Y≥0.02为优势种的标准,两季优势种共13种。优势种生态位重叠(O_(ik))分析表明,生境条件较差的秋季生态位重叠(0.455)大于春季(0.381)。方差比率法结果显示,秋季浮游动物优势种总体呈现不显著正联结,春季则呈现显著正联结,表明春季浮游动物群落较为稳定;点相关系数法(Φ)检验结果显示,秋季的显著正负联结比(2.3)小于春季(2.5),表明泾河流域浮游动物群落从秋季到春季发生了正向演替。

关键词：泾河流域浮游动物驱动因子生态位种间联结

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铁碳投加量对人工湿地温室气体排放的影响

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环境科学与技术 2025年第3期48卷 169-176页

作者：王佳康冯民权何秋玫西安理工大学水利水电学院西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

为探究铁碳填料投加量对人工湿地温室气体排放的影响,在室内构建5组不同铁碳投加比例的人工湿地:湿地A(0%)、湿地B(5%)、湿地C(10%)、湿地D(15%)、湿地E(20%),监测其污染物去除和温室气体排放情况。结果表明,铁碳填料能有效提高COD、NH_... 详细信息

为探究铁碳填料投加量对人工湿地温室气体排放的影响,在室内构建5组不同铁碳投加比例的人工湿地:湿地A(0%)、湿地B(5%)、湿地C(10%)、湿地D(15%)、湿地E(20%),监测其污染物去除和温室气体排放情况。结果表明,铁碳填料能有效提高COD、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、TN的去除效果,去除率分别达到80%、85%、96%、85%以上,但铁碳的投加量超过15%时,对污染物的去除效率则会下降。铁碳填料对人工湿地中的温室气体减排也有一定作用,减排效果随投加量的增加呈现先上升后下降的趋势。湿地C和湿地D的铁碳投加量分别能实现最低的CH_(4)和N_(2)O排放通量,分别为0.126和0.276 mg/(m^(2)·h)。从降低全球增温潜势(GWP值)来看,湿地C具有最佳减排效果,GWP值为79.776 mg/(m^(2)·h),比对照组降低了76.99%。综合考虑下,建议人工湿地中铁碳填料的投加比例为10%。

关键词：人工湿地铁碳填料污染物去除温室气体

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