1 兰州理工大学 能源与动力工程学院 兰州 730050
2 兰州理工大学核级泵先进装备创新研究中心 兰州 730050
3 重庆水泵厂有限责任公司 重庆 400033
铅冷快堆反应回路中的高温液态铅铋金属会对轴流铅铋泵叶轮叶片头部产生冲刷磨损效应，造成叶片表面保护层破裂从而加快材料腐蚀速率。为了降低高温液态金属对叶片表面的冲刷磨损效应，设计平面、倒直角和倒圆角的三种叶顶间隙结构，并通过缩比换算方法验证仿真结果的可靠性，继而采用ANSYS CFX流体动力学软件分析了不同叶顶间隙结构下的流速、剪切力、流态随冲刷磨损特性变化规律，并利用壁面熵产率方法分析了高温液态铅铋金属在材料表面的能量损耗。结果表明：标准工况下倒直角模型的扬程和效率较平面分别降低了1.02%和0.64%，倒圆角模型扬程降低了0.51%，而效率提升了0.51%。叶轮内冲刷磨损效应主要发生在叶片轮缘进口边附近，倒直角和倒圆角设计可以通过降低叶顶间隙的流速和改善流态的途径减小叶片表面机械能损耗，从而降低该位置的冲刷磨损效应。因此倒圆角设计和倒直角设计能够改善高温液态铅铋金属对叶片头部冲刷磨损的影响。
轴流铅铋泵 叶顶间隙 冲刷磨损 数值模拟 Axial lead-bismuth pump Leaf top clearance Scouring wear Numerical simulation
1 山东高速工程检测有限公司，济南 250003
2 山东省产品质量检验研究院，济南 250215
砂石骨料中附带的黏土矿物对水泥基材料的工作性能具有严重劣化作用，制约了聚羧酸减水剂的分散功能。本文通过Zeta电位、吸光度、X射线衍射等方法研究了聚合氯化铝对聚羧酸减水剂黏土吸附性的影响规律，进而研究了其对掺加钙基膨润土砂浆和混凝土工作性能的改善效果，并探明了相互作用机理。结果表明，聚合氯化铝降低了钙基膨润土对聚羧酸分子的表面吸附量，但不能抑制插层吸附作用，在一定程度上改善了聚羧酸减水剂的黏土耐受性。6%(质量分数)的聚合氯化铝改善了掺加钙基膨润土砂浆和混凝土的工作性能，这为解决实际工程中含泥骨料的使用难题提供了一种性价比较高的新策略。
聚合氯化铝 聚羧酸减水剂 膨润土 水泥基材料 工作性能 吸附 polyaluminium chloride polycarboxylate superplasticizer bentonite cement-based material workability adsorption
为揭示低铝硅比(质量比)条件下硫铝酸盐水泥熟料中低水化活性钙铝黄长石相(C2AS)降低熟料质量的作用机制，固定铝硅质量比为2，通过改变煅烧温度及保温时间制备了一系列熟料。采用X射线衍射结合Rietveld方法和热重-差示扫描量热法，研究了C2AS的演变过程。结果表明：950~1 200 ℃范围内C2AS主要由CaO、SiO2以及Al2O3反应而来；当温度超过1 200 ℃时，C2AS主要由C4A3$分解出的CA及CaO与残留的SiO2反应形成。反应动力学分析表明：超过1 200 ℃时C2AS的形成主要由Ca2+的扩散过程控制，其反应活化能为(305±20) kJ/mol。本研究为硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程中低品位铝矾土的使用提供了理论指导。
硫铝酸盐水泥熟料 低铝硅比 钙铝黄长石 形成动力学 sulfoaluminate cement clinker low alumina to silica ratio gehlenite formation kinetics
1 北京林业大学林学院, 北京 100083
2 广西大学林学院, 广西 南宁 530005
矿产资源开采中产生的废渣废液长期堆存后产生的渗滤液向土壤中扩散易造成周围土壤的重金属污染, 影响作物生长; 人类通过食物链食用含重金属元素的果实后, 会引起神经系统的神经衰弱、 手足麻木, 消化系统的消化不良, 血液中毒和肾损伤等症状; 这种对生态环境和人身安全的污染和损害是十分严重的。 因此如何快速有效摸清矿区周围农作物土壤污染情况尤为重要。 多光谱遥感由于具备光谱分辨率高、 实时无损、 大面积监测等优势, 在突破植被屏障监测土壤重金属上具有巨大的潜力。 以平谷区主要的农作物桃树为研究对象, 利用桃叶的高光谱数据、 土壤采样数据, 分析桃叶光谱曲线的响应特性, 对桃叶反射光谱进行一阶/二阶微分、 标准正态、 连续去统等四种变换, 结合相关分析及多元线性回归模型确定光谱特征变量, 构建植被指数HMSVI; 结果表明HMSVI与土壤中Cd, AS和Pb含量的相关性较常用植被指数高。 运用线型回归方法进行元素含量与植被指数HMSVI建模后, 选取拟合较好的模型, 实现了叶片高光谱与土壤重金属含量的统计建模, 最后利用Sentinel-2遥感影像反演三种重金属含量空间分布, 并对结果进行精度验证。 结果表明: 受重金属胁迫叶片的平均光谱反射率高于正常叶片且红边位置发生了“蓝移”现象。 780, 945和1 375 nm三个波段对三种重金属污染都较为敏感, 利用三个波段构建的植被指数建立的反演模型能较好的用于桃林土壤重金属元素含量预测, 其预测模型分别为Y=0.44X+0.193, Y=7.436lnX+13.161, Y=-15.359X+13.583X2+23.541, 且具有较好稳定性和适宜性。 空间反演结果表示, 三种重金属高值区均大面积的分布在平谷区刘家店尾矿库、 万庄尾矿库、 金海湖尾矿库附近, 西部相比东部矿区重金属污染更为严重。 研究结果可以为北京平谷区桃林重金属污染的预防与治理提供基础数据支持。
土壤重金属 特征波段 多光谱遥感影像 反演 空间分布 Soil heavy metals Characteristic band Multispectral remote sensing image Inversion Spatial distribution 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3552
1 济南大学山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室, 济南 250022
2 中化学交通建设集团有限公司, 济南 250101
3 济南大学材料科学与工程学院, 济南 250022
矿物掺合料是半柔性路面用水泥基灌浆材料的重要组成部分, 各矿物掺合料协同优化对灌浆材料流动性能和力学性能的提升发挥重要作用。本文选用矿粉、微珠和硅灰三种矿物掺合料, 通过正交试验研究了三种矿物掺合料协同优化对路面用灌浆材料流动性能和力学性能的影响规律, 并借助XRD、SEM等表征方法分析了灌浆材料硬化浆体的水化产物组成与形貌。结果表明, 三种矿物掺合料协同优化对灌浆材料流动性能和力学性能的影响顺序为微珠、硅灰和矿粉, 其中微珠对灌浆材料流动性能改善效果最为显著, 硅灰和矿粉对灌浆材料力学性能提升效果明显。以灌浆材料的流动性能和早期强度为评价指标, 微珠、硅灰和矿粉协同优化灌浆材料的最佳掺量分别为15%、1.5%和5%(均为质量分数)。此外, 三种矿物掺合料协同掺加对灌浆材料早期水化产物组成与形貌影响较小, 表明矿物掺合料协同主要是通过物理填充作用提高了硬化浆体材料的密实度, 从而改善灌浆材料早期力学性能。
半柔性路面 灌浆材料 微珠 矿粉 硅灰 流动性能 力学性能 semi-flexible pavement grouting material cenosphere blast furnace slag powder silica fume fluidity mechanical property
1 西藏农牧学院高原生态研究所, 西藏 林芝 860000
3 北京林业大学精准林业北京重点实验室, 北京 100083
4 石家庄市林业局滹沱河国有林场, 河北 石家庄 050000
5 中国消防救援学院森林草原防灭火研究中心, 北京 102202
森林生态系统水源涵养具有调节气候, 维持生态水平衡等生态功能。 青藏高原作为高寒地区, 由于其高海拔, 环境恶劣的特征, 无法实地人工观测水源涵养量。 为更好地获取高寒地区的水源涵养量, 通过遥感反演的方式得到特定地区的水源涵养价值量。 以林芝巴宜区为研究区, 研究区内林芝云杉、 高山栎、 高山松和雪层杜鹃四种植被为主要树种, 遥感影像无法直接获得水源涵养信息, 但可以通过构建植被叶片光谱信息与水源涵养量之间的定量关系来反演水源涵养价值量。 研究不同植被与水源涵养量的定量关系, 每种植被采集10个样点共1 000个叶片样本和水源涵养数据, 利用ASD光谱仪获取高光谱数据, 通过相关性选取拟合参数, 构建水源涵养回归模型。 利用Sentinel-2遥感影像反演研究区内植被的水源涵养分布, 并对反演结果进行验证。 结果表明, 四类植被叶片的反射光谱, 均呈现出相似的规律性, 在可见光波段差异不明显, 近红外到中红外波段呈现出明显四个水吸收带, 在红光到近红外波段(700~1 400 nm)反射率最高。 光谱反射率大小表现为高山栎>高山松>林芝云杉≈雪层杜鹃。 通过实验获取植被冠层截流量、 枯落物持水量和土壤含水量, 三者之和代表植被的水源涵养量, 分析植被的光谱特征与水源涵养量的关系, 并通过Pearson系数评价波段参数与水源涵养的定量化关系, 确定R540, R1 950, NDWI和NDVI四个参数与水源涵养量显著相关。 根据上述参数与四类植被的水源涵养量构建水源涵养回归模型, 并通过模型反演研究区内植被水源涵养量, 检验模拟精度, 整体反演精度R2大于0.7, RMSE基本小于10, 说明预测模型反演效果较好, 模型可有效估算森林生态系统的水源涵养量。
高寒山地区 水源涵养 高光谱 预测模型 遥感反演 Alpine mountain area Water conservation Hyperspectral Prediction model Remote sensing inversion 
1 北京林业大学精准林业北京重点研究室, 北京 100083
2 成都信息工程大学网络空间安全学院, 四川 成都 610200
3 北京林淼生态环境技术有限公司, 北京 100085
水源涵养是生态系统重要的服务功能, 森林作为一种复杂的生态系统, 其组成部分对于水源涵养的贡献率各不相同; 森林枯落物直接覆盖于地表, 既来自于林冠层也抑制土壤层的水分蒸散, 因此枯落物层在水源涵养功能中发挥了重要作用。 遥感和高光谱技术为远距离识别面状区域的水源涵养能力提供了解决方案, 特别在高原地区, 遥感是获取地表信息的快速手段。 以雅鲁藏布大峡谷为研究区, 用ASD(便携式地物)光谱仪测定主要树种(高山松、 林芝云杉和川滇高山栎)的叶片高光谱数据并构建植被指数, 同时, 通过样地采样获取枯落物样本并计算样本的持水拦蓄性能, 然后建立植被指数与有效拦蓄量的多元回归模型。 在此基础上, 基于Sentinel-2影像反演大峡谷主要树种枯落物的水源涵养能力分布情况, 最后结合验证点对反演模型进行精度评价。 结果显示: (1)三类树种的叶片反射率趋势相似, 川滇高山栎的反射率最高, 高山松次之, 林芝云杉最低; (2)枯落物的有效拦蓄量从大到小排序为: 林芝云杉(48.36 t·ha-1)>川滇高山栎(39.24 t·ha-1)>高山松(32.32 t·ha-1)。 林芝云杉枯落物的分解程度和蓄积量均最高, 因此持水拦蓄能力最强; 川滇高山栎的革质叶片不利于分解堆积, 进而限制蓄水能力; 高山松含有较多油脂, 不易被水浸湿, 导致持水能力较弱。 (3)通过Person相关系数分析和多元线性回归模型得知, 叶片蜡质参数和衰减程度越高, 枯落物的水源涵养能力越弱; 植被生长态势越好、 色素和叶片水分含量越高, 其水源涵养能力越强。 (4)枯落物水源涵养能力反演模型的精度评价结果良好, 高山松、 林芝云杉和川滇高山栎的样本检验点拟合优度R2分别为0.943, 0.815和0.812, 均方根误差RMSE分别为1.597, 2.270和1.953, 表明模型可以用于大峡谷森林枯落物水源涵养能力的预测分布研究。
高光谱 水源涵养 枯落物 遥感反演 雅鲁藏布大峡谷 Hyperspectral Water conservation Litter Remote sensing inversion Yarlung Zangbo Grand Canyon 
重金属污染是土壤环境污染中亟待解决的问题之一, 重金属通过土壤向植物富集, 危及人体健康, 对生态环境产生巨大隐患。 传统的土壤污染监测以化学方法为主, 不仅费时费力且监测范围有限, 而基于植被高光谱技术的土壤重金属监测方法能够快速准确地获取土壤重金属含量, 突破植被屏障, 提高土壤重金属监测效率。 近年来, 国内外许多学者致力于使用盆栽实验定量研究土壤污染物对植物光谱特征影响, 而野外环境下的实验研究相对缺少, 因此建立合适准确的野外土壤重金属预测模型具有重要意义, 为改善耕地土壤质量提供参考。 以北京市优势经济果树桃树为研究对象, 在研究区均匀设置了50个采样点, 利用FieldSpec 4便携式地物波谱仪测量桃树叶片光谱数据, 同时采集土壤样本带回实验室检测分析获得土壤重金属含量数据。 通过分析不同污染下桃树叶片在重金属胁迫下的叶片光谱特征, 计算不同土壤重金属与叶片光谱之间的相关关系, 确定土壤As元素与光谱反射率相关性更大, 因此选择土壤As元素计算其与不同植被指数之间的相关系数, 并用合适的植被指数构建土壤As元素预测模型。 结果表明: 污染区桃叶光谱反射率总体上比背景区的光谱反射率更高, 其中760~1 300 nm波长范围内对土壤重金属更加敏感, 土壤重金属对叶片红、 蓝、 黄边位置干扰不明显, 对红、 蓝、 黄边斜率敏感, 且均呈正向相关性。 光谱反射率与土壤Cr, Cu和Hg元素相关性较弱, 与As, Pb和Cd元素在某些波段范围内达到0.1级显著相关, 且总体相关曲线趋势相同, 相关性大小依次排序为As>Pb>Cd。 以相关性更强的土壤As元素与植被指数进行相关分析表明, 土壤As元素与PRI1和PRI3均显著相关。 使用SPSS数据分析软件以PRI1和PRI3为自变量, 土壤As元素为因变量分别进行回归分析, 检测结果发现, PRI3的指数预测模型(y=e43.644x-39.386, R2=0.937, RMSE=0.161)效果最好且具有更好的稳定性。
桃树叶片 光谱特征 土壤As元素 植被指数 回归模型 预测 Peach tree leaves Spectral characteristics Element As in soil Vegetation index Regression model Prediction 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2866
北京林业大学精准林业北京市重点实验室, 北京 100083
城市森林影响空气中颗粒物的过滤和吸附, 可以最大限度地减少空气中颗粒物污染对人体健康的有害影响。 特别是在冬季, 城市森林中的常绿植物在吸收灰尘和净化空气方面起着重要作用。 本研究以北京市区冬季主要的常绿植被大叶黄杨(Euonymus japonicus)为研究对象, 设置3类的采样空间, 采集1 410个叶片, 测定叶片除尘前后的高光谱数据以及叶片表面的滞尘量。 通过分析不同滞尘程度影响下的叶面光谱响应特性确定敏感波段, 建立滞尘前后植被指数比值与滞尘量之间的回归模型, 利用Sentinel-2遥感影像反演常绿植被的滞尘分布, 并对反演结果进行验证。 结果表明, 在510～700和758～1 480 nm范围内, 除尘前叶片的平均光谱反射比小于洁净叶片。 封闭区域叶片除尘前后平均光谱反射率的变化小于半封闭区域, 开放区域叶片除尘前后的平均光谱反射率变化最大。 研究发现红波段和近红外波段对灰尘影响最敏感, 与滞尘量具有较高的相关性, 利用归一化差异物候指数(NDPI)建立的反演模型: x＝0.939 69y-0.145 04(x为RNDPI的数值, y为滞尘量), 决定系数R2达到0.879。 反演结果表明, 封闭区域的平均滞尘量小于半封闭区域和开放区域, 北京城区植被高滞尘量的区域分布在南部较多, 植被滞尘量从市中心到周边地区有逐渐降低的趋势。 研究叶片滞尘的空间分布, 为快速监测城市区域灰尘污染强度与分布提供参考, 为进一步探索常绿灌木的滞尘效果, 科学指导城市森林建设, 改善冬季城市生活环境具有重要意义。
遥感 高光谱 滞尘量 城市森林 大叶黄杨 冬季 Remote sensing Hyperspectral Amount of dust absorption Urban forests Euonymus japonicus Winter 光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1696
1 北京林业大学林学院, 北京 100083
2 北京林业大学外语学院, 北京 100083
3 北京卫星环境工程研究所, 北京 100094
4 广西大学林学院, 广西 南宁 530005
5 广西卫生职业技术学院检验系, 广西 南宁 530012
大气颗粒物污染在全球范围内已成为严重的城市环境问题之一。 为探究滞尘对叶片光谱特征的影响, 并建立以高光谱数据为基础的叶面滞尘预测模型。 以北京市常见绿化树种（大叶黄杨）为研究对象, 设置高、 中、 低滞尘污染梯度, 采集720个叶片样本, 利用ASD Fildsoec Handheld光谱仪获取高光谱数据。 结果表明： 光谱反射峰分别在560和900 nm处, 吸收谷分别在400~500, 600~700和1 000~1 050 nm范围内； 有无滞尘的叶片反射率在不同波段表现出不同的规律, 在400～760和760～1 100 nm范围内的光谱反射率大小分别表现为滞尘叶片＞除尘叶片、 滞尘叶片＜除尘叶片； 滞尘与除尘叶片在植被光谱曲线上的差异性较明显, 350~700和1 900~2 500 nm波段, 滞尘叶片的光谱反射率略高于除尘叶片, 而在780~1 400 nm范围内, 滞尘叶片光谱反射率则显著低于除尘叶片, 差异性表现为： 重度污染区>中度污染区>轻度污染区； 反射率在可见光波段（350~780 nm）随叶面滞尘量的增加而增大, 而近红外波段（780~1 100 nm）的变化趋势则相反； 粉尘对叶片的红边斜率影响较大, 表现为滞尘叶片<无尘叶片, 而对红边位置没有显著影响。 叶面滞尘量预测模型中, 以叶面水含量指数、 简单比值指数建立的二次多项式预测模型效果最好, 分别为y=-1.18x2+0.542 4x+0.991 7, y=-7.67x2+3.692 4x+0.371 4。 模型验证表明, R2分别达到0.987 7和0.887 3, 拟合效果较好, 说明预测模型可有效地估测大叶黄杨叶面滞尘量。
大叶黄杨 高光谱 滞尘量 回归模型 预测 Euonymus japonicus Hyperspectral Dust retention Regression model Prediction
