“新能源工程与安全”专题

• 超临界二氧化碳增强型地热系统研究综述

  秦佐己;金轶斌;胡俊杰;王全荣;丁雁;

  随着全球气候变化和能源转型的加速推进，超临界二氧化碳增强型地热系统（carbon dioxide enhanced geothermal system,CO_2-EGS）因其兼具高效热能提取与碳地质封存的双重优势，成为地热开发领域的研究热点。系统回顾了CO_2-EGS技术的发展历程，重点分析了其在储热特性、储层稳定性和经济性方面的研究进展。与传统水基增强型地热系统相比，CO_2作为工作流体表现出低黏度、高流动性和优异的热传导性能，不仅提升了储层的热提取效率，还有效降低了储层损伤和设备腐蚀风险。对当前研究的梳理表明，尽管当前技术仍面临系统储热性能提升、储层稳定性和实际工程应用成本控制的挑战，但通过深入研究储热效率优化、储层响应机制、经济性评估及设计改进，CO_2-EGS有望在全球能源转型和碳中和目标的实现中发挥重要作用。CO_2-EGS在复杂地质条件下的裂隙网络优化设计、长期注采过程中储层性能的动态演化，以及多能互补技术的集成应用是未来发展的关键方向。

  2025年04期 v.32;No.160 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1419K]
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• 干热岩裂隙对流换热系数计算新方法

  郑志伟;刘先珊;白冰;雷宏武;张天成;于明智;孙梦;黄子宣;

  在干热岩地热开发中，综合换热系数是评价裂隙流体换热性能的关键参数。针对现有计算方法多依赖裂隙面温度分布的假设与简化，且缺乏统一评价标准的问题，建立了一种更精确的综合换热系数计算方法，并对主流公式进行了评价。采用数值模型直接获取裂隙表面温度分布数据，并提出了新的综合换热系数计算方法（公式E），同时给出了换热系数的经验公式F；基于数值模拟数据和试验数据，对各公式（A～F）进行了评价；将公式F嵌入数值模拟程序中进行了现场尺度的换热数值模拟，进一步验证了公式F的有效性。结果表明：公式E、F均具有较高计算精度和适用性；在所有工况中，现有公式A、D与新提出的公式E、F的变化趋势相似，计算结果较为接近且未出现异常值，表现出良好的稳定性和可靠性；作为一种独立的补充关系，公式F可直接嵌入数值模拟程序中有效模拟现场尺度的流体换热。

  2025年04期 v.32;No.160 12-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1831K]
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• 压缩空气储能地下内衬硐库密封堵头力学模型与优化设计

  屈杰;刘形林;孙冠华;杨生彬;饶虎;于显杨;王娇;

  地下内衬硐库是压缩空气储能系统的重要组成部分。由于施工期通道和运行期密封性的要求，任何地下内衬硐库都需要1个或多个密封堵头。密封堵头受力状态的复杂性使其选型和设计面临挑战。针对堵头和围岩之间的界面工程力学特性，采用理论分析和数值模拟方法，对4种典型结构形式的密封堵头进行了分析，并基于筛选出的抗力特性最佳的堵头，进一步开展了优化设计研究。结果表明：楔形堵头的抗力特性最佳，最有利于维持堵头与围岩界面之间的变形协调；楔形堵头前端倾角宜选择25°～40°，后端倾角可按围岩潜在破裂角公式计算；提出了基于极限平衡分析方法的堵头长度计算公式，该公式表明，楔形堵头所需长度由堵头直径、所受气压荷载和前后端倾角大小共同计算而得。研究成果可为地下内衬硐库密封堵头设计提供理论依据和实践指导。

  2025年04期 v.32;No.160 24-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 1742K]
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• 地应力对压气储能地下洞室衬砌结构力学响应的影响机制

  雷豪杰;傅丹;伍鹤皋;王友;李聪;

  压缩空气储能（compressed air energy storage, CAES，简称“压气储能”）电站地下储气洞室的压力与直径之积极大，因此密封钢衬的受力状态对于电站长期安全运行至关重要。基于ABAQUS平台，综合考虑材料的非线性特征及密封钢衬与混凝土衬砌之间的接触非线性，分析了围岩初始地应力对密封钢衬应力分布和混凝土衬砌损伤演化的影响机制。结果表明：在侧压力系数k由0.25增大至2.50的过程中，密封钢衬的应力峰值呈现先减小、后逐渐增大的趋势，密封钢衬高应力区、混凝土衬砌损伤严重区及围岩塑性区均从顶部和底部逐渐转移至腰部，且当侧压力系数k=1.00时，结构与围岩沿圆周受力最为均匀；在卸压检修期，密封钢衬顶部与混凝土衬砌之间会形成缝隙，且缝隙值随侧压力系数k的增大先减小后缓慢增大，但k>1.00后其敏感性降低；围岩地应力对衬砌结构力学响应的影响机制主要是通过调整运行期围岩环向应力状态，从而改变围岩塑性区分布，最终影响混凝土衬砌与密封钢衬的外部约束刚度。该研究对于通过数值模拟方法开展压气储能地下洞室技术论证时考虑初始地应力的影响具有参考价值。

  2025年04期 v.32;No.160 34-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 1922K]
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• 基于响应面分析的热流固耦合盐穴储气库泄漏率影响因素

  史永飞;文沛然;张俊飞;杨帆;范金洋;姜德义;

  盐穴储气库是以盐岩地层为储存介质的能源储库，用于储存空气和天然气等气体。盐穴使用过程中围岩蠕变变形会引发渗透系数改变，影响储气库的安全密闭性，增大气体泄漏风险，严重威胁公共安全。通过综合考量温度场、渗流场和应力场的相互作用，以达西定律为依据，结合孔隙渗透率演化方程和蠕变本构模型，推导出了盐穴围岩渗流的热流固三场耦合方程。在此基础上，建立了盐穴储气库数值模型，通过数据模拟和响应面分析分别量化了单因素变化和多因素交互作用对盐穴储气库泄漏率的影响。结果表明：(1)提高最小工作压力和降低温度可有效抑制盐腔变形，而提高最大工作压力和减小腔体埋深会增加气体泄漏风险；(2)最小工作压力与最大工作压力和腔体埋深之间的交互作用对泄漏率的影响最为显著，且表现出强烈的协同效应。

  2025年04期 v.32;No.160 43-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2162K]
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• 隧道交通荷载对储气库盖层完整性的影响

  雷宝泽;王时林;苏培东;邱鹏;陆星好;欧阳沐鲲;

  隧道运营产生的振动对储气库上覆盖层有着不容忽视的安全影响。为研究交通荷载应力波传播对储气库上覆盖层完整性的影响，以黄草峡储气库为依托，采用有限元数值模拟方法，对渝利铁路客货运列车、沪渝蓉高铁列车和黄草山高速公路载重汽车等不同交通荷载引起的盖层变形量和振动速率进行了分析。结果表明：(1)隧道运营过程中，储气库上覆盖层的变形量和振动速率均未超过安全限值；(2)储气库上覆盖层的变形量随距隧道距离的增大而减小，其中雷口坡组和嘉四~4 2套膏岩层受影响较大，而嘉二~3膏岩层受影响最小，说明岩性和地层结构对地层响应具有显著的调控作用；(3)上覆盖层在多种交通工况的叠加影响下，其影响主要局限于隧道下部嘉四~4膏岩层范围内，未对储气库盖层的完整性造成威胁。研究成果可为复杂交通荷载下储气库上覆盖层完整性评估提供理论支撑和实践指导。

  2025年04期 v.32;No.160 57-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 2101K]
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• 基于天空辐射制冷的户内变电站降温研究

  陈晨;姚晗;韩慧娜;张亮;吕兵;严天;吴永佳;丁雁;

  户内变电站作为电网的重要组成部分，能耗高、散热差的问题受到了广泛关注。针对该问题提出了一种基于天空辐射制冷的储冷送风降温系统，对户内变电站进行冷却降温；搭建了该系统实验测试平台，对其储冷及降温性能进行测试；根据实测数据对建立的系统传热模型进行了验证。结果表明：该降温系统在夏季和秋季夜间均有良好的蓄冷性能，蓄冷水箱温度降幅分别达6.5℃和9.0℃，秋季日间用冷户内变电站模块室内平均温度稳定在18.0℃，而不采用该降温系统的室内温度为40.0℃，系统平均性能系数（coefficient of performance,COP）为8.38，系统降温节能效果显著；天空辐射制冷模块出口水温和总制冷量的实测值与模拟值的相对误差均小于5%，建立的系统传热模型可靠性好。该研究为户内变电站低能耗降温提供了一种节能方案，并为该方案的设计运行提供了理论基础。

  2025年04期 v.32;No.160 70-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1727K]
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• 基于FTA-FAHP的风力发电机组火灾事故致因分析

  梅志恒;陆凯华;商溪林;

  针对风力发电机组频发的火灾事故，首先从人-机-环-管角度出发，通过统计分析近20年来全球81起风力发电机组火灾事故案例，得到了21项风力发电机组火灾事故的影响因素；然后通过事故树分析（fault tree analysis,FTA）法演绎推理得到了风力发电机组火灾事故各基本事件的逻辑关系，并根据结构重要度进行了火灾事故致因的定性分析；接着采用模糊层次分析（fuzzy analytic hierarchy process,FAHP）法，将事故树的基本事件从人、机、环、管4个方面整合，构建出风力发电机组火灾事故致因评价指标体系，并以结构重要度系数的顺序为模糊判断矩阵的赋值依据，进行了火灾事故致因的定量分析；最后，根据综合分析结果提出了风力发电机组火灾事故的对策措施。结果表明：机和环境的不安全因素是引发火灾事故的主要致因；电气设备故障和雷击是最主要因素。该研究成果可为风力发电机组的火灾防治提供理论参考。

  2025年04期 v.32;No.160 78-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1604K]
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安全理论与安全管理

• 基于组合赋权-可拓云理论的化工园区安全风险评估

  马寒箫;邢志祥;鞠伟轶;吴凡;吴洁;

  为解决化工园区内事故频发的问题，提出了一种结合基于距离函数的组合赋权法和可拓云理论的新型风险评估模型。选择C市化工园区作为评估对象，首先建立了安全风险评估指标体系；其次采用基于距离函数的组合赋权法计算综合权重，并邀请专家对评估指标进行评分，确定了C市化工园区的安全风险值，以消除主客观权重误差；最后引入置信度因子，建立了风险值等级模型并进行安全风险评估。结果表明：C市化工园区的安全风险模糊等级特征期望值Ex_r为2.899 2，熵值En_r为0.023 8，安全风险等级为高，置信度因子Φ为0.008 2，均位于可信度区间内，表明研究结果的可信性较高。该模型为化工园区安全风险评估提供了一种新方法。

  2025年04期 v.32;No.160 86-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1480K]
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• 基于SEM-云物元的装配式桥梁施工绿色度评价

  王凯;张嘉欣;任杰;罗时朋;张美霞;

  装配式桥梁施工通过在工厂异地预制桥梁构件、现场快速组装的方式，显著减少了现场施工时间和对环境的影响，已成为公路桥梁的主流建造方式。为科学评价装配式桥梁施工的绿色度，首先，在广泛调研的基础上，提出了装配式桥梁施工绿色度评价指标体系，通过对调查问卷的探索性因子分析、信度与聚合效度分析验证了评价指标体系的科学性和适用性，并基于结构方程模型（structural equation modelling,SEM）确定了评价指标权重，构建了装配式桥梁施工过程的绿色度评价体系；然后，基于云模型和物元可拓理论，构建了装配式桥梁施工绿色度评价模型；最后，应用该模型对安徽省G312合六界至迎宾大道交叉口段快速化改造工程中的装配式桥梁施工项目进行了分析。结果表明：该模型得出的绿色度评价结果与项目实际情况一致，验证了该模型的科学性和合理性。该研究为装配式桥梁的绿色施工评价提供了新方法。

  2025年04期 v.32;No.160 94-104+247页 [查看摘要][在线阅读][下载 1562K]
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安全工程

• 基于DIC技术的多岩层损伤演化物理模型试验

  闫宪洋;张全;王超;高伟明;张泉;邹俊鹏;汪漫;田伟杰;

  岩石损伤破坏研究是近年来岩石力学领域中的热点研究内容之一。数字图像相关（digital image correlation,DIC）技术因具有全场非接触、适应性好、精度高等优点被广泛应用于岩石破坏试验研究中。为了研究岩石损伤程度及演化过程，基于室内单轴压缩试验和DIC技术，建立了多层砂岩在垂直匀速加载作用下的物理模型，分析了在垂直匀速加载作用下多层砂岩裂缝产生-扩展-贯通全过程、砂岩破断面特征以及位移演化规律。结果表明：(1)多层砂岩在垂直匀速加载作用下，最底层砂岩中部首先发生拉伸破坏，然后砂岩两侧发生剪切破坏。(2)砂岩的破断面具有明显特征，即砂岩左侧和右侧破断面均有明显的擦痕，为剪切破坏；砂岩中部破断面无任何摩擦痕迹，为拉伸破坏。(3)砂岩的水平和垂直位移时间变化过程主要分为3个阶段，首先水平位移变化较大，砂岩处于拉伸破坏过程中，随后测点间水平位移变化很小，砂岩发生拉伸破坏；接着测点垂直位移缓慢增长，与拉伸破坏阶段的规律基本一致，砂岩处于剪切裂缝发育阶段；最后剪切裂缝贯通，裂缝两侧岩块发生剪切错动，测点垂直位移迅速增加。该研究结果有助于从全新的角度理解多层砂岩的破坏机制。

  2025年04期 v.32;No.160 105-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1996K]
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• 考虑蠕变效应的港里铁矿空场暴露时间对稳定性的影响

  胡传宇;梅甫定;刘新强;汪光德;张国华;

  为研究蠕变条件下空场暴露时间对采场稳定性的时空效应，以港里铁矿软岩空场嗣后充填为工程背景，基于引入时间因子t的Mathews稳定图法，选取典型软岩采场，计算了不同空场暴露时间下的采场失稳概率；同时，采用有限差分法数值模拟软件FLAC~(3D)，对矿柱建立了伯格斯（Burgers）蠕变本构模型，并通过磁铁矿蠕变特性试验验证了模型参数；进一步地，通过调用Burgers蠕变本构模型，建立了采场三维数值模型，模拟了实际时间步下空场围岩的损伤变形演化过程，并结合采场围岩等级划分及容许极限位移判据，分析了空场暴露时间对采场稳定性的影响。结果显示：空场形成约52 d内，采场保持相对稳定；当空场暴露时间超过90 d时，采场稳定性明显恶化，稳定性概率由稳定区进入破坏和严重破坏区；当暴露时间超过114 d时，采场将发生严重的大变形失稳破坏。该研究结果可为空场嗣后充填法矿山的回采与充填设计提供指导。

  2025年04期 v.32;No.160 113-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 2341K]
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• 基于张错缝影响的盾构隧道管片密封垫防水性能分析

  叶青;肖荣邦;翟金中;贾晓凤;

  为深入探究盾构隧道管片接缝不同状况对密封垫防水性能的影响，以郑州市某地铁隧道区间为研究背景，在盾构管片渗漏水调研的基础上，运用ABAQUS软件建立了三维密封垫数值模型，通过对不同工况下密封垫防水性能的分析，研究了密封垫在不利工况下防水性能的变化情况。结果表明：在密封垫发生张开时，防水性能的降低较为显著，但在发生错台时，密封垫之间的平均接触应力在一定范围内会有所提升，且不同错台量下其防水性能均能满足设计防水要求；在张错台耦合作用下，张开量依旧是影响密封垫防水性能的主要因素；遇水膨胀橡胶的防水性能较三元乙丙橡胶有很大的提高，但会造成边缘处的应力松弛；在水压作用下，迎水侧复合式密封垫之间的接触应力会有所提高，背水侧复合式密封垫之间的接触应力会降低。

  2025年04期 v.32;No.160 128-137页 [查看摘要][在线阅读][下载 1949K]
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• 基于神经网络的面板堆石坝渗透系数反演与渗流计算

  贾万波;徐景田;

  面板堆石坝渗流安全监控指标主要为坝基渗流量，通常以设计阶段计算结果作为安全阈值，但受施工和蓄水等因素的影响，导致筑坝材料渗透系数发生改变，渗流监控指标将不准确。为此，以龙背湾面板堆石坝工程为研究对象，选取钢筋混凝土面板、垫层料、过渡料、上游主堆石、下游次堆石、反滤过渡料6种主要介质，每种介质选取7个渗透系数水平，采用正交试验进行各参数组合，同时基于反向传播（back propagation,BP）神经网络，利用龙背湾水库水位、渗流量等实测数据，反演出面板堆石坝各填筑材料分区的最优渗透系数；建立了龙背湾面板堆石坝三维有限元渗流模型，并利用反演参数计算了大坝在不同工况下的渗流量，以获取坝基渗流量。结果表明，坝基渗流量误差在2.2%～4.1%之间，渗流量预测精度较高，证明所选用的参数反演方法及渗流计算方法科学合理，计算结果可作为坝基渗流量的安全监控指标。

  2025年04期 v.32;No.160 138-145页 [查看摘要][在线阅读][下载 1721K]
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• 不同孔隙率条件下液体燃料泄漏孔隙介质渗流场的演化规律

  张宇伦;周勇雕;熊椗宇;王小勇;毛少华;

  近年来，随着液体燃料储运规模的不断扩大，燃油泄漏事故频发。通过理论分析与COMSOL仿真相结合，研究揭示了不同孔隙率条件下液体燃料在孔隙介质中的渗流场分布及渗流速度变化规律。结果表明：在液体燃料泄漏孔隙介质渗流过程中，存在明显的主通道效应，这主要与局部孔隙渗流驱动力与黏性阻力的平衡有关；液体燃料泄漏孔隙介质渗流速度主要受堆积孔隙介质床颗粒的等效直径、孔隙率、液体燃料密度、初始泄漏高度和压差等参数的综合影响；在颗粒粒径相同条件下，液体燃料泄漏孔隙介质渗流速度随孔隙率增大而增大，在50%～75%孔隙率范围内，液体燃料渗流速度与孔隙率变化关系可通过幂律函数表征，其相关系数R~2达0.99；准稳定渗流速度随液体燃料动力黏度的增大而减小，且随着孔隙率的增大，渗透速度的衰减效应更为明显。研究结果可为液体燃料泄漏火灾预防和孔隙介质环境污染物渗流扩散评估提供理论依据。

  2025年04期 v.32;No.160 146-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 3487K]
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公共安全与应急管理

• 基于DAN3D和AnyLogic的滑坡人员疏散安全性模拟分析

  阮秋宇;苗发盛;吴益平;钱招;赵帆程;王烜乾;

  滑坡地质灾害具有突发性、隐蔽性等特点，对其影响范围内人员生命安全构成极大的威胁。学校属于人员密集区域，在滑坡地质灾害中的应急疏散难度更大，因此开展滑坡影响范围内学校人员疏散研究具有重要的意义。以重庆市万州区天城实验小学滑坡为研究对象，首先运用DAN 3D软件模拟了滑坡启滑—运动全过程，获取了滑坡的运动速度、影响范围、运动时间等关键参数；其次基于AnyLogic软件开展了人员应急疏散过程模拟，从安全疏散时间的角度分析了滑坡区域内人员疏散的安全性。针对人员疏散过程中存在的问题，提出了相应的优化方案，从而将模拟疏散时间从1 580 s缩短至940 s，整体疏散效率提高了约40%。该研究成果对于优化人员应急疏散流程、减少滑坡地质灾害造成的人员伤亡和财产损失具有参考价值。

  2025年04期 v.32;No.160 156-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 1835K]
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• 基于机器学习的自然灾害下地铁运营事故致因挖掘与应对策略研究

  汤洪霞;郑静萱;李梦笛;邵志国;

  作为重要的城市交通基础设施之一，地铁在运营过程中受到诸多自然灾害的严重威胁。因此，充分挖掘自然灾害下地铁运营事故数据中的有效信息和潜在规律，提升对地铁运营事故致因的认知水平具有重要意义。基于机器学习技术，利用中央广播电视总台新闻新媒体的网络新闻文本，通过隐含狄利克雷分布（latent Dirichlet allocation,LDA）主题模型、词向量（word to vector,Word2Vec）模型及主成分分析（principal component analysis,PCA）降维，挖掘事故致因并归纳自然灾害下地铁运营“事故致因-主要影响-风险应对”的管理策略。结果表明：自然灾害下地铁运营事故致因主要有暴雨灾害、台风灾害、暴雪灾害、地震灾害、城市管网建设不协调和应急管理体系不完善等6个方面；暴雨灾害和台风灾害之间相关性较强，城市管网建设不协调与4类自然灾害关系密切，应急管理体系不完善则相对独立。研究结果可为地铁运营相关单位的防灾减灾工作提供理论支撑，有效提高地铁系统抵御自然灾害的能力和运营安全水平。

  2025年04期 v.32;No.160 165-173页 [查看摘要][在线阅读][下载 1658K]
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灾害及其防治

• 面向滑坡风险的三峡近坝区暴雨规律研究

  范元月;刘俊;叶丹;雷东洋;李琳琳;易香妤;

  为提高三峡近坝区滑坡地质灾害风险预警的时效性和准确率，基于研究区30 a小时雨量数据，分析了2类与滑坡相关的降水气候特征，并利用三峡近坝区的10 a探空资料、再分析资料及风廓线雷达资料，统计研究了形成突发型滑坡的短历时暴雨和形成持续型滑坡的长历时暴雨的环境场规律。结果表明：(1)短历时暴雨发生前，低层绝对水汽含量更高，但水汽饱和程度较低；(2)短历时暴雨发生前，热力类参数值更大；(3)长历时暴雨发生前，动力抬升和维持机制更明显，短历时暴雨发生前，中尺度上升运动更强，随着暴雨临近，本地低层风速减小、上升速度增大到0.5 m/s以上。研究得出了三峡近坝区2类暴雨环境场的阈值，为滑坡风险预警提供了定量依据。

  2025年04期 v.32;No.160 174-188页 [查看摘要][在线阅读][下载 3107K]
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• 周期性盐胀作用下克孜尔泥岩劣化特征与机理研究

  张雨婷;陈剑文;严绍军;

  克孜尔石窟开凿于新近系砂泥岩互层地层，其石窟围岩和壁画在气候条件影响下受周期性硫酸钠盐结晶侵蚀，产生盐胀效应，导致泥岩表层酥化脱落，严重威胁石窟保存。为分析周期性盐胀作用导致泥岩劣化的规律及机理，取石窟区泥岩进行粉碎重塑，开展了室内周期性硫酸钠结晶致泥岩劣化研究。结果表明：硫酸钠结晶使泥岩表层迅速膨胀，膨胀高度与硫酸钠含量近似呈正比关系，泥岩表层孔隙中硫酸钠晶体产生结晶压力导致裂隙发育，对泥岩表层造成不可逆的破坏；在周期性盐胀作用下，泥岩表层孔隙中的硫酸钠在浓度差和毛细作用下反复达到过饱和状态并结晶，导致裂隙度随盐胀周期增加而增大，最终在裂隙度趋于9%时达到稳定状态；结晶压力也呈现周期性变化，每个周期内产生的最大压力值呈对数型减小趋势；泥岩表层最终出现网络化裂隙，呈片状剥落和粉状剥落的劣化模式。

  2025年04期 v.32;No.160 189-196页 [查看摘要][在线阅读][下载 1619K]
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• 基于栅格-斜坡评价单元耦合的地质灾害易发性评价——以神农架林区松柏镇为例

  陈刚;陈佳乐;华骐;梁川;杨涛;沈铭;宋渊;俎全磊;徐光黎;

  地质灾害易发性评价主要基于栅格单元或斜坡单元展开，基于栅格单元的方法难以满足实际需求，而基于斜坡单元的方法不够准确，无法展示斜坡单元内地质灾害的易发性程度。提出了一种基于支持向量机（support vector machine,SVM）栅格-斜坡评价单元耦合的地质灾害易发性评价方法，将斜坡单元和栅格单元进行耦合，开展了多评价单元的地质灾害易发性评价建模，构建了相对易发指数来评价同一斜坡单元内的相对地质灾害易发性，并在此基础上建立耦合易发指数，对神农架林区松柏镇内的地质灾害进行了地质灾害易发性评价；利用受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic curve,ROC）对结果进行了对比。结果表明：基于栅格-斜坡评价单元耦合模型的精度优于传统基于信息量法的结果，其ROC曲线下面积值（area under curve,AUC）达到了0.945，表明基于栅格-斜坡评价单元耦合的地质灾害易发性评价方法达到了更好的评价结果。该研究为提高地质灾害风险预测的准确性提供了新方法，可为相关部门科学制定防灾减灾措施、提升区域防灾管理水平提供参考。

  2025年04期 v.32;No.160 197-211+268页 [查看摘要][在线阅读][下载 2455K]
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• 考虑InSAR形变的麻阳苗族自治县滑坡易发性评价

  倪冰冰;李德营;郭铭;佘祥杰;赵文婕;次仁欧珠;

  滑坡灾害严重威胁着麻阳苗族自治县（简称“麻阳县”）人民的生命财产安全。为提高区域滑坡易发性预测精度，以麻阳县为研究区，基于10种滑坡易发性评价因子和历史滑坡数据，构建了滑坡易发性评价的随机森林模型，再将合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar, InSAR）形变数据以5种方式应用于滑坡易发性评价，最后根据滑坡有效预测比评估了该模型的预测精度。结果显示：基于InSAR形变等级和滑坡易发性等级构建的评价矩阵能提高滑坡易发性评价结果的预测精度，其中采用InSAR解译结果补充滑坡样本并考虑形变等级的方式精度最高，其滑坡有效预测比达到0.904。该方法预测的滑坡易发性评价结果可为麻阳县滑坡风险防控提供依据。

  2025年04期 v.32;No.160 212-223页 [查看摘要][在线阅读][下载 2521K]
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环境地学

• 沙颍河流域丰水期地表水水化学特征及主要离子来源分析

  刘健;廉勇;苏绘梦;刘运涛;卢玮;吴洋洋;李川;

  沙颍河是淮河的最大支流，其地表水水化学特征及主要离子来源的研究对于理解整个淮河流域的水化学组成与演化至关重要。采集该流域2020年8月丰水期不同河段的41组河水样本，通过水化学特征分析、主成分分析和离子比值等方法，识别了水体主要离子来源。结果表明：沙颍河流域上游河段阳离子当量浓度顺序为Ca~(2+)>Na~+>Mg~(2+)>K~+，阴离子当量浓度顺序为HCO_3~->SO_4~(2-)>Cl~->NO_3~-，中下游阳离子当量浓度顺序为Na~+>Ca~(2+)>Mg~(2+)>K~+，阴离子当量浓度顺序为HCO_3~->Cl~->SO_4~(2-)>NO_3~-，从上游至下游Cl~-/SO_4~(2-)值逐渐增大，沙颍河的汇入直接影响了淮河水化学组分的变化；水化学组合受岩石风化作用和人类活动的双重影响，离子主要来源于硅酸盐岩和碳酸盐岩的溶解作用，颍河上游及沙河主要离子来源受控于表层风化岩石矿物的溶解，沙颍河干流中下游、贾鲁河及颍河下游河水受到人类活动污染与硅酸盐岩溶解的影响；水体中存在明显的正向阳离子交换作用，从上游至中下游水体中Na~+、K~+浓度升高而Ca~(2+)、Mg~(2+)浓度降低。该研究阐明了研究区主要离子的来源及下游人为输入对地表水水化学组分的影响，为流域水污染治理提供了科学依据。

  2025年04期 v.32;No.160 224-234页 [查看摘要][在线阅读][下载 1876K]
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• 连云港滨海地区浅层地下水中碘分布特征及其控制因素

  马银超;邰晋;熊净;马凯歌;梁莹;马瑞;

  碘是人体所需的微量元素，摄入过量会造成甲状腺功能亢进等疾病，因此近年来水源性高碘问题越来越受到重视。连云港滨海地区发现高碘地下水，周边居民的生产生活用水受到了严重威胁，探明该地区浅层地下水中碘的分布特征及其相关控制因素具有重大的现实意义。通过采集连云港滨海地区的74组浅层地下水样品、31组地表水样品、21组近岸海水样品和1组钻孔沉积物样品，进行了统计学和水化学分析，查明了浅层地下水（0～50 m）中碘的空间分布特征，并分析了地下水中碘富集的控制因素。研究发现：浅层地下水中碘浓度介于12.69～4 718μg/L之间，其中超过40%的地下水碘含量超过国家水源性高碘标准（100μg/L），且主要分布在河流下游及入海口附近；地下水中碘富集受水化学环境、海水混合作用和沉积环境的影响，现代海水混合会稀释地下水中碘浓度，而古海水混合会引起部分地下水中碘浓度升高；碱性偏还原环境下，海相沉积物中的富碘有机质在微生物作用下发生分解，释放出碘，这是地下水中碘富集的重要控制因素。研究结果可为保障地区生产生活用水安全和治理高碘地下水提供科学依据。

  2025年04期 v.32;No.160 235-247页 [查看摘要][在线阅读][下载 2042K]
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• 地下水循环井三维水流模型设计与示踪试验

  李丽青;李旭;周立涛;聂士博;程人杰;陈高宇;

  地下水循环井是一项成本低、效率高的地下水污染修复技术，是目前地下水污染修复的最有效手段之一。针对目前室内试验研究相对薄弱的问题，创新性地设计并构建了基于Packer系统的地下水循环井三维砂槽，在室内开展了不同条件下的循环井水力循环三维渗流试验，分析了抽/注流量、抽/注水段长度和抽水泵位置对循环井溶质运移范围的影响，同时分析了相应流场的变化情况。结果表明：(1)基于Packer系统的地下水循环井试验装置能够很好地模拟循环井在不同工艺参数条件下的示踪剂运移范围，当抽/注水段长度一定时，随着循环井抽/注流量的增大，影响半径和循环深度都增大；(2)当抽/注流量一定时，随着阻水气囊位置的降低，抽水段的滤水管长度减小，影响半径减小，循环深度增大；(3)当抽/注流量和抽/注水段长度一定时，随着抽水泵位置的降低，影响半径和循环深度都增大，水力调控范围增大；(4)随着含水层渗透系数的增大，影响半径增大，循环深度减小。研究结果可为地下水循环井技术工艺参数的优化以及提高地下水修复效率提供理论依据与数据支撑。

  2025年04期 v.32;No.160 248-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 1865K]
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环境污染及其防治

• 含水率和有机质含量对黄土包气带中三氯乙烯气体扩散迁移的影响

  谢晓涵;李小倩;王兴华;何宁洁;

  三氯乙烯（trichloroethylene,TCE）气体在土壤包气带中的垂向扩散迁移，不仅是污染地块中TCE自然衰减的重要过程，而且还与蒸气入侵暴露和风险评估密切相关。为探究TCE气体在黄土包气带中向上扩散迁移的规律，通过土柱模拟试验，定量刻画了黄土包气带中TCE的土-气分配与界面扩散通量，并揭示了土壤含水率和有机质含量与TCE气相有效扩散系数的定量关系。结果表明：随着土壤含水率和有机质含量的增加，TCE蒸气穿透土柱和达到平衡所需的时间延长，土柱吸附量增加，土-气界面TCE气体扩散浓度降低；当含水率从5%增加至20%和有机质含量从0.1%增加至3.0%时，TCE气相有效扩散系数分别由0.021 2 cm~2/s减小至0.002 2和0.012 6cm~2/s;Sallam模型能够准确预测不同土壤含水率下黄土中TCE气相有效扩散系数；TCE气相有效扩散系数（y）与土壤含水率（x_1）和土壤有机质含量（x_2）的定量关系可表示为y=0.026-0.126x_1-0.253x_2。研究成果可为西北生态脆弱区污染场地TCE呼吸暴露风险评估与污染治理提供依据。

  2025年04期 v.32;No.160 257-268页 [查看摘要][在线阅读][下载 1660K]
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• 基于海绵铁和可渗透反应墙的遗留金矿地下水复合污染修复

  胡璟;王婉玉;刘鑫;瞿宏璟;喻大松;陈龙;

  为了探究海绵铁对遗留金矿复合污染地下水的修复效果和应用潜力，以海绵铁为研究对象，采用批试验、复配试验、动力学与热力学试验和柱试验等方法，系统分析了海绵铁对复合污染地下水中砷（As）、氰化物（CN~-）的去除效果及其应用于可渗透反应墙（permeable reactive barrier,PRB）的可行性。结果表明：海绵铁对As和CN~-均具有良好的去除效果；当复配比例为海绵铁7.50 g、陶粒14.06 g、中粗砂71.25 g、活性炭0.94 g时，对地下水中As和CN~-的去除率分别达到了99.75%和91.12%；其伪一阶动力学吸附速率常数分别为（1.94±0）和（0.11±0） h~(-1)，饱和吸附量分别为（23.19±3.55）和（5.02±0.76） mg/100 g；按海绵铁∶陶粒∶中粗砂∶活性炭=0.06∶0.22∶0.67∶0.05（体积比）填充，在孔隙度为0.331、流量为662.4 g/d、流速为15.08 cm/d的条件下，出水中As和CN~-的浓度稳定且满足《地下水质量标准》（GB/T 14848—2017）Ⅳ类限值。该研究对推动海绵铁复配材料在PRB技术中的应用和修复遗留金矿污染的地下水具有参考价值。

  2025年04期 v.32;No.160 269-279页 [查看摘要][在线阅读][下载 1809K]
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• 岩溶区土壤重金属污染评价与来源解析

  陈上仁;李杰;

  武鸣盆地位于北回归线沿线，属于典型岩溶区，其特殊的喀斯特地貌导致土壤重金属背景值显著高于全国平均水平。为评价岩溶区土壤重金属污染程度并解析其来源，采集了研究区12 547个表层土壤样品（0～20 cm），测定了土壤中的Zn、Ni、Cu、Pb、P、Cd、Hg、Co、Mn、Cr、V、I、S、As、Se、N、CaO、有机质、Mo和F的含量及pH值共21种化学指标。综合运用地累积指数法和潜在生态风险指数法评价了土壤重金属的污染程度，并采用多元统计方法和绝对主成分分数-多元线性回归（absolute principal component score-multiple linear regression,APCS-MLR）模型，结合地质、土壤和土地利用数据定量解析了土壤元素的潜在来源。结果表明：(1)Zn、Ni、Cu、Pb、Cd、Hg、Cr、V、I、As、Se呈现显著富集特征，Ca、Cd、Mn、Mo、Hg、As、Cu的变异系数和峰度较高，显示人为活动影响；(2)Cr、Pb、As、Zn总体呈轻度污染，局部存在Cd污染，Hg虽未达污染水平，但因其高毒性呈现中等生态风险；(3)Ni、Zn主要受地质背景与农业活动控制，Mo、Hg等受地质与人类活动双重影响，有机质、N等与表层植被相关，F、Pb等受母岩酸性和矿业活动主导，CaO、Cd则受母质和工业活动的共同作用。该研究深化了对岩溶区生态环境特征的认识，可为制定岩溶区土壤质量标准和推进岩溶区土壤研究提供理论支撑。

  2025年04期 v.32;No.160 280-292页 [查看摘要][在线阅读][下载 1948K]
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• 傍河退役金属工业场地土壤和地下水中重金属污染特征及成因机制

  余倬锋;肖劲光;吴慧娴;张鹏;袁松虎;肖武;

  以某傍河退役金属工业园区为研究对象，调查了土壤和地下水中重金属的分布特征及季度变化规律，并结合室内模拟实验，探究了傍河退役金属工业场地土壤和地下水中重金属污染的成因机制。结果表明：研究区土壤和地下水中重金属的超标率顺序为砷>锑>铅>镉，其中土壤和地下水中砷的最高含量分别达到2 030 mg/kg和14 640μg/L；研究区重金属污染主要集中在原料堆渣场和生产车间，其中生产车间靠近河岸，地势相对较低，因此受河水影响，地下水水位波动强烈，土壤和地下水中重金属呈现向四周扩散的趋势，而原料堆渣区远离河水，地下水水位相对稳定，土壤和地下水中重金属主要集中于近表层；土壤中重金属主要通过微生物途径释放，但该过程也受到地下水中HCO_3~-和SO_4~(2-)浓度及氧化还原条件的影响。

  2025年04期 v.32;No.160 293-302+336页 [查看摘要][在线阅读][下载 1943K]
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• 多胺木粉高效去除焦磷酸络合废水中Ni（Ⅱ）的机制见解

  宋逸璇;凌晨;王正晓;刘福强;

  废水中络合态重金属的高效净化是当前研究的热点之一。采用木粉接枝多胺基团，研制了多胺木粉（polyamine-modified wood flour,AWF），并探究了AWF对碱性焦磷酸（pyrophosphate,PP）镀镍工艺模拟废水中Ni（Ⅱ）去除的规律和机制。结果表明：pH值为8.5时，Ni（Ⅱ）和PP混合溶液中Ni（Ⅱ）的主要存在形态为NiP_2O_7~(2-)等络阴离子，这导致NaOH沉淀与阳离子交换/螯合树脂的净化效能下降了27.9%～99.2%;PP的共存促进了AWF对Ni（Ⅱ）的吸附量，促进率为37.0%～52.7%;PP-Ni络合体系中，AWF对Ni（Ⅱ）的吸附量最高，且过剩的游离PP、硫酸盐和辅配体对Ni（Ⅱ）吸附量的抑制率小于8.9%。通过MINTEQ分析、X射线光电子能谱表征和密度泛函理论验算，推测AWF表面的正电胺基和中性胺基先后通过静电作用和配位作用吸引并捕获[Ni-PP]络合物；PP的络合架桥作用促进了AWF胺基与Ni（Ⅱ）的配位效率，可能形成了—N—Ni—PP—Ni—N—的多层吸附构型，理论结合能高达-3 002.4 kJ·mol~(-1)；采用NaOH和HCl溶液，可依次洗脱AWF上负载的PP和Ni（Ⅱ）。该研究结果可为多胺型吸附剂在络合态重金属深度去除方面的应用提供一定的参考。

  2025年04期 v.32;No.160 303-312页 [查看摘要][在线阅读][下载 1754K]
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• 环二核苷酸调控地杆菌胞外电子传递机制及其应用研究进展

  徐家成;刘健;周玮;胡译丹;

  异化铁还原菌具有独特的胞外电子传递功能，直接影响多种元素的生物化学地球循环。在自然环境中，微生物常被吸附于矿物表面形成生物被膜，并以此方式与矿物相互作用。为了利用不同含铁矿物以适应环境多样性，微生物进化出了由c型细胞色素组成的多种胞外电子传递途径。微生物如何调节胞外电子传递网络是一个重要问题。近年来相关研究表明，环二鸟苷酸（c-di-GMP）和环鸟苷腺苷酸（c-di-GAMP）在调节Geobacter spp.等异化铁还原菌的胞外电子传递（extracellular electron transfer, EET）中发挥着重要的作用。以异化铁还原菌模式菌株（地杆菌属）为例，首先介绍了其胞外电子传递机制；其次介绍了地杆菌生物被膜的形成及其胞外基质；最后介绍了环二核苷酸信号分子对胞外电子传递过程中的调控作用。此外，综述了环二核苷酸信号分子对地杆菌的调控作用在环境、能源领域中的应用。

  2025年04期 v.32;No.160 313-322页 [查看摘要][在线阅读][下载 1481K]
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环境保护与生态修复

• 微生物调节CO₂封存研究进展

  宋文涛;李术艺;何宇;王鑫航;郭天赐;胡娜;胡译丹;蒋永光;姜舟;石良;董依然;

  二氧化碳（CO_2）是一种重要的温室气体，其大气浓度的持续上升对全球气候变化和环境造成了显著影响。系统介绍了CO_2封存的多种形式，如地质封存和生物封存，并重点探讨了不同CO_2封存环境系统中的微生物作用及其生物地球化学过程。结果发现：目前研究较多的CO_2封存环境系统包括深地和土壤碳封存环境系统，其中微生物活动对CO_2封存产生积极影响；海洋碳封存环境系统中也存在微生物碳泵的复杂作用；微生物和矿物之间的协同作用对于长期稳定的碳封存至关重要。未来研究需要进一步深入理解微生物与矿物在不同封存环境中的相互作用机制，以提高CO_2封存的效率和稳定性。深入理解这些过程，将有利于更好地设计和优化CO_2封存策略和碳通量管理，有效应对气候变化。

  2025年04期 v.32;No.160 323-336页 [查看摘要][在线阅读][下载 1499K]
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• 基于CA-Markov模型的恩施市LUCC多情景模拟及生态安全评价

  刘勋;周迪;周鹏;

  研究未来不同情景下土地利用变化对土地生态安全的影响，可为城市可持续发展提供有效支持。基于湖北省恩施土家族苗族自治州恩施市2005年、2010年、2015年、2020年4期土地利用数据，运用ArcGIS软件空间分析功能和土地利用转移矩阵对研究区土地利用变化进行时空分析。从社会经济因素、自然因素和邻域因素中选取8种因子作为多情景模拟实验的土地利用变化的驱动因子，以2005年土地利用数据为基期数据，通过元胞自动机（cellular automata,CA）与马尔可夫（Markov）模型模拟了土地利用变化，并在自然发展情景、耕地保护情景、低水平生态约束情景、顾及生态网络的高生态安全情景4种情景下，预测了2030年研究区土地利用类型的空间格局，从生态景观格局、生态功能、生态干扰度和生态弹性4个方面构建了生态安全评价指标体系，评价了4种情景下的生态安全格局。结果显示：4种情景中，自然发展情景下恩施市新增的建设用地面积最大，低水平生态约束情景下耕地面积大幅减少；恩施市中心地区乡镇控制了建设用地的粗放式扩张；耕地保护情景和低水平生态约束情景的土地生态安全区域各等级面积占比相差不大，且高于自然发展情景，低于顾及生态网络的高生态安全情景。可通过限制中心地区乡镇的建设用地面积，扩大周围地区的生态用地面积，并将其生态源地和生态廊道纳入保护范畴，避免占用此类生态用地，从而有效提高土地生态安全水平。

  2025年04期 v.32;No.160 337-346页 [查看摘要][在线阅读][下载 1798K]
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• 济宁市湿地生态脆弱性评价研究

  康鸿源;付豪;徐书名;金纯;张乐相;柴波;韩宗乾;李甲;

  济宁市是国际湿地城市，其中南四湖湿地是南水北调东线的中转站，具有资源供给、调节气候和生物多样性维护等重要生态功能。济宁市湿地受到农业、采矿和城市扩张等多重影响。为分析人类活动影响下的湿地脆弱性，采用压力-状态-响应（pressure-state-response,PSR）模型，提出划定多级缓冲带，从多维度选取因子，结合湿地水域周边的生态条件和人类活动对湿地的扰动，按照距离和扰动强度制定多级缓冲带方案，得到各个因子的脆弱性程度，进而通过赋权叠加分析，综合自然和人为因素的相互作用，得到济宁市湿地生态系统的脆弱性评价分布。结果表明：济宁市湿地生态系统按脆弱性可分为高度脆弱、中度脆弱、轻度脆弱和不脆弱区，分别占比3.096%、4.801%、86.728%和5.375%；湿地生态系统脆弱性与自然条件和人类活动影响密切相关，高度脆弱区主要分布在洙赵新河入湖口、梁山县运河上游和任城区运河入湖口，中度脆弱区以洸府河上游及任城区入湖口和人工湿地范围为主。该研究可对济宁市的湿地生态系统修复区划提供参考，亦可为同类湿地城市的生态保护与修复提供思路借鉴。

  2025年04期 v.32;No.160 347-358页 [查看摘要][在线阅读][下载 2000K]
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• 高强度开发地区生态系统服务价值动态变化分析——以深圳市光明区为例

  陈龙;刘松;张燚;姚维科;

  探究高强度开发地区生态系统服务价值的动态变化，对保护区域尤其是新区的生态系统安全具有重要意义。基于2007—2022年深圳市光明区16期遥感影像数据，在定量分析光明区土地利用变化的基础上，利用当量因子法、障碍度函数模型和生态经济协调度模型对光明区生态系统服务价值变化、主要提升障碍因素和生态经济协调发展状况进行了分析。结果表明：(1)光明区建设用地面积>林地面积>农用地面积>城市绿地面积>湿地面积>未利用地面积；2007—2022年，光明区建设用地、湿地和城市绿地面积累计增幅分别为39.67%、38.77%和13.68%；未利用地、林地和农用地面积分别下降了48.42%、29.75%和28.57%。(2)2007—2022年，光明区林地、农用地的生态系统服务价值分别下降了6.67、3.09亿元，湿地、城市绿地的生态系统服务价值分别增加了10.43、1.52亿元，光明区生态系统总服务价值增加了2.18亿元；光明区生态系统总服务价值的贡献率表现为湿地>林地>城市绿地>农用地。(3)2007—2022年林地和农用地的障碍度总体呈上升趋势，城市绿地和湿地的障碍度总体呈下降趋势，其中2007—2017年湿地的障碍度最大，2018—2022年林地的障碍度最大；林地、农用地、城市绿地和湿地的障碍度变化趋势与其对应的生态系统服务价值变化趋势恰好相反。(4)2008—2022年光明区的生态经济系统处于低度冲突与低度协调左右摇摆的状态，表明光明区的生态经济系统存在一定的安全隐患。

  2025年04期 v.32;No.160 359-366页 [查看摘要][在线阅读][下载 1365K]
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• “新能源工程与安全”专题序言

  <正>在碳达峰与碳中和目标（“双碳”目标）驱动全球能源体系深刻变革的时代背景下，中国能源结构的清洁化转型面临系统性挑战。保障国家能源安全、构建新型电力系统，对风能、太阳能、地热能等新能源的大规模开发及并网消纳提出了前所未有的要求。

  2025年04期 v.32;No.160 3-4页 [查看摘要][在线阅读][下载 248K]
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• 欢迎订阅《安全与环境工程》

  <正>《安全与环境工程》由中华人民共和国教育部主管、中国地质大学(武汉)主办,是面向国内外公开发行的学术期刊。本刊重点关注攸关人类生存与可持续发展的资源安全、能源安全和生态环境安全问题,及时追踪并报道国内外安全与环境学科新理论、新方法、新技术等最新研究成果,是致力于解决地学领域安全与环境问题的特色期刊。本刊主要刊载内容包括:安全理论与安全管理、安全工程、公共安全与应急管理、生态环境安全、资源安全、能源安全、重大工程安全、安全教育;环境地学、灾害及其防治、环境污染及其防治、环境保护与生态修复;等等。

  2025年04期 v.32;No.160 367页 [查看摘要][在线阅读][下载 16833K]
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