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我校2021级研究生王敏在《Science of the Total Environment》上发表高水平论文
近日，我校环境与市政工程学院2021级硕士研究生王敏在《Science of the Total Environment》（中国科学院1区）发表题为“Phthalate acid esters promoted the enrichment of chlorine dioxide-resistant bacteria and their functions related to human diseases in rural polyvinyl chloride distribution pipes”的论文。该论文的研究内容如下：
聚氯乙烯（PVC）管道在中国农村地区被广泛用作饮用水分配管道。然而，PVC管道中释放的邻苯二甲酸酯（PAEs）是否会影响自来水质量仍然未知。本研究分析了释放的PAEs对水质的影响，特别是在ClO2消毒后。结果表明，ClO2消毒可以控制总大肠菌群和异养菌的生长。采用线性判别分析（LDA）效应大小（LEfSe）和宏基因组图谱的统计分析（Stamp）表明，ClO2消毒诱导了假单胞菌、慢生根瘤菌和分枝杆菌的富集以及与人类疾病相关的功能，如致病性大肠杆菌感染、志贺菌病、金黄色葡萄球菌感染和霍乱弧菌感染。释放的PAEs不仅促进了这些耐ClO2细菌属的生长，而且增强了它们与人类疾病相关的功能。此外，这些PAEs还诱导了其他细菌属的富集，如芽胞菌属、脱氯单胞菌属和柯库氏菌属，以及它们的功能，如慢性髓细胞白血病、非洲锥虫病、利什曼病、丙型肝炎和人类T细胞白血病病毒1感染。释放的PAEs增加了饮用水的微生物风险。
文章研究的创新点：1. ClO2消毒可控制PVC管道中总大肠菌群和HPC的生长。2. 经过ClO2消毒后，PAEs从10.6-22.2μg/L增加到21.2-58.8μg/L。3. ClO2能诱导假单胞菌、巴西根瘤菌和分枝杆菌的生长。4. ClO2还诱导了与人类疾病相关的细菌功能的丰富。5. PAEs促进了这些耐ClO2细菌及其功能的丰富。
文章分析了ClO2消毒对农村PVC配水管PAEs释放及水化学和微生物风险的影响。结果表明，ClO2消毒对pH、TDS、TOC和DO没有显著影响，但会导致ORP升高。ClO2消毒可以控制水中总大肠菌群和HPC的生长。然而，当ClO2残留量降至0.10mg/L以下时，HPC显著增加。机会性病原体的基因拷贝，包括病毒分枝杆菌和铜绿假单胞菌，也显示出与HPC相同的变化。此外，ClO2消毒增强了PAEs从PVC管道中的释放。ClO2消毒后，不同采样点的PAEs浓度从10.6-22.2μg/L增加到21.2–58.8μg/L。DBP、DIBP和DMP是PAE的主要成分。RQ结果表明，根据中国饮用水标准，DBP暴露风险最高，其次是DEHP。此外，ClO2消毒后，假单胞菌、慢生根瘤菌和分枝杆菌的相对丰度及其与人类疾病相关的功能增加。从PVC管中释放的PAEs不仅促进了这些耐ClO2细菌的富集，而且增强了它们与人类疾病相关的功能。这些结果为保证中国农村地区的水质提供了有益的信息。
图3.网络分析水质参数、属水平的微生物群落和与人类疾病相关的功能基因之间的关系（3级），以及PAEs浓度、属水平上的微生物群落以及与人类疾病有关的功能基因与3级之间的关系
论文DOI:
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165282作者信息：
邓建绵，华北水利水电大学环境与市政工程学院副教授，研究方向为城市污水与工业废水处理、膜分离技术、污水资源化。
王敏，华北水利水电大学环境与市政工程学院2021级硕士研究生，邓建绵副教授课题组成员，研究方向为管网水质稳定性、饮用水消毒、管网水质控制技术。
02
我校环境与市政工程学院2021级硕士研究生周武在《Sustainability》上发表高水平论文
近日，我校环境与市政工程学院2021级硕士研究生周武在《Sustainability》（中国科学院3区）上发表题为“Effects of Geometric Parameters and Heat-Transfer Fluid Injection Direction on Enhanced Phase-Change Energy Storage in Vertical Shell-and-Tube System ”的论文。该论文的研究内容如下：
相变储能是一种潜热储存方式，能够提高能源利用效率，常用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上的不匹配，也有助于提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。管壳式相变储能箱体是目前较为常用的储能设备，分为水平管壳式和垂直管壳式两种。
文章通过计算流体力学仿真，研究了几何参数（传热管束管长、相变蓄热材料厚度等）和热流体注入方向变化对垂直壳管式相变储能箱体储能效率的影响，同时还分析了加入不同质量膨胀石墨，改变相变蓄热材料（PCM）的导热系数等物性，对PCM的熔化速率的影响。
图2.顶注PCM平均温度随时间变化曲线
图4. PCM在不同注入方向下填充的熔化分数变化
文章的研究结果表明：
（1）在PCM刚开始熔化时，其主要的热传递方式为热传导，因此，热流体（HTF）的注入取向对PCM熔化的速率影响并不显著。然而，随着时间的推移，自然对流逐渐产生，进而导致PCM熔化速率发生显著变化。
（2）当管长H处于1.6m至0.2m之间，PCM的厚度D在19.7mm至49mm之间，增大管长H导致PCM厚度D相应减小，进而促使PCM内部自然对流增强。因此，PCM的熔化时间随着管长H的增大而增大，两者呈现正相关关系。同时，在底部注入的情况下，PCM的熔化时间普遍快于顶部注入的熔化时间。
（3）无论是顶部注入还是底部注入，当管长H超过800mm时，PCM的熔化效率将出现明显变化，导致熔化时间缩短近15000秒。
（4）以H=200mm为例，在顶部注入的情况下，三种加入不同目数10%膨胀石墨的复合材料相较于纯石蜡熔化，分别节省了5.3%、10.2%、14.3%的时间。在底部注入的情况下，这三种复合材料分别节省了7.7%、12.5%、17.2%的时间，也进一步凸显了对提高底部注入熔化时间的效果更加显著。
论文DOI:
https://doi.org/10.3390/ su151713062作者信息：
郭占军，华北水利水电大学环境与市政工程学院副教授，研究方向为可再生能源应用、清洁能源应用。
周武，华北水利水电大学环境与市政工程学院2021级研究生，郭占军副教授课题组成员，研究方向为相变储能，多孔介质热质传递。
03
我校地球科学与工程学院2021级硕士研究生刘晨在《Applied Ocean Research》上发表高水平论文
近日，我校地球科学与工程学院2021级硕士研究生刘晨在《Applied Ocean Research》（中国科学院2区）发表题为“Experimental study on the deformation of sandy soil around multi-helical anchor piles under horizontal load”的论文。该论文的研究内容如下：
多螺旋锚桩周围砂土的变形特性对多螺旋锚桩在水平荷载作用下的承载力有重要影响。为探索锚桩与土体的相互作用机理，本研究采用PIV技术测量了水平荷载作用下多螺旋锚桩周围土体的变形，通过量化不同埋深和密度条件下锚桩周围土体的位移场、剪切应变场和体积应变场，研究了不同工况下锚桩周围土体的变形特征。
研究结果显示如下：
（1）砂密度和锚板埋深对螺旋锚桩周围土体位移的影响范围、主动区和被动区分布有显著影响。
（2）随着密度的增大，桩后主动区影响面积减小，桩前被动区影响面积相反。浅埋条件下，桩后被动区影响范围延伸至砂面；而在深埋条件下，过渡带的影响面积减小。
（3）埋深是过渡区和旋转破坏区形成的主要因素。随着埋深的增加，桩后被动区剪切破坏面与竖向方向的夹角逐渐减小；桩前扰动区剪切破坏面发育方向为右下竖向-左下竖向。
（4）螺旋锚桩左侧体积膨胀区由延伸至砂体表面逐渐过渡到底锚左下方。无论埋深如何，土体体积应变的最大值始终出现在顶锚上部，两锚板之间的土体始终处于体积收缩区。
图2.中砂不同埋深水平拉深曲线比较
图3.密砂条件下不同埋深剪切应变场
图4. 密砂条件下不同埋深体积应变场
论文DOI:
https://doi.org/10.1016/j.apor.2023.103721作者信息：
姜彤，华北水利水电大学地球科学与工程学院教授，博士生导师，研究方向为岩土结构稳定性、边坡动力响应分析、地理信息系统在工程中的应用。
刘晨，华北水利水电大学地球科学与工程学院2021级硕士研究生，姜彤教授课题组成员，研究方向为海洋风电桩锚基础研究。
我校水利学院2021级硕士研究生杨欢在《JENVIRON MANAGE》发表高水平论文
近日，我校水利学院2021级硕士研究生杨欢在环境科学与生态学领域国际权威期刊《Journal of Environmental Management》（中国科学院1区Top）发表题为“Driving forces of hydrological health and multifractal response of fish habitat in regulated rivers”的论文。
气候变化和人类活动是流域水循环的主要影响因素，进一步扰动着河流健康。然而，驱动力在长短时间尺度下的作用方向，以及鱼类栖息地状态对河流健康的响应机制尚不清楚。引入流量阈值法从水文角度识别长江上游河流健康演变的固有特征，并重建河流未受管制状态下的健康水平以量化人类活动和气候变化产生的影响。然后提出建立四大家鱼产卵期的河流健康水平与栖息地加权可利用面积的多重分形模型，讨论河流健康波动的鱼类栖息地意义。
文章以水电开发程度较大的长江上游作为研究对象。由于存在丰富的水能资源，长江上游的干、支流上修建了大量的水库，尤其是21世纪以来，大型水库大量增加。截至2017年，有大约6万座水库位于长江上游，其中大型水库102座，总调节库容超过800亿立方米，而且这些水库多集中在干热河谷地区。在梯级水库群的累积效应下，河流健康水平和生态系统受到了严重破坏。
文章的研究结果表明，长江上游的健康水平(RHD)表现出退化特征，发生了值为0.44的中度改变。气候变化是RHD在年尺度上衰退的主导因素，平均影响权重达到63.5%。人类活动在宜昌站加剧了(贡献值：-3.4，下同) 气候变化带来的影响，而在寸滩站和朱沱站则抵抗了(分别是20.1和20.5)气候变化带来的影响。此外，人类活动在汛期的影响较小，且最有利和最不利影响分别出现在朱沱站的12月份(50.7)和宜昌站的10月份(-27.2)。在驱动力作用下，RHD-WUA系统的多重分形相关性随着时间窗口的增加而趋于均化，两者存在潜在的非线性依赖关系，非对称的分形特征以及正反持续性转换特征。因此，考虑鱼类栖息地状态的河流健康建模不能局限于线性范式。研究结果可以为水生生态系统的管理和修复提供有用的信息。该研究得到河南省高等学校重点科研项目计划基础研究专项(23ZX012)和国家自然科学基金（51779094）的支持。
论文DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118844作者信息：
郭文献，华北水利水电大学教授，博士生导师。研究方向为水文水资源及生态水利。
杨欢，水利学院2021级硕士研究生，郭文献教授课题组成员，研究方向为变化环境下的多变量水文响应及其生态效应。
我校环境与市政工程学院2021级硕士研究生周苗在国际著名学术期刊发表高水平论文
近日，我校环境与市政工程学院2021级硕士研究生周苗在《Journal of Environmental Management》（中科院1区top）上发表题为“Granule Formation Mechanism, Key Influencing Factors, and Resource Recycling in Aerobic Granular Sludge (AGS) Wastewater Treatment: A Review”的论文。AGS的形成过程与调控、应用、微生物特性及生物资源回收是AGS研究的重点。了解如何在实际应用中缩短好氧颗粒的造粒时间，保持颗粒结构和功能的稳定，避免AGS过程中出现颗粒解体、污泥上浮、除污性能下降等关键问题，可以加速AGS技术在污水处理领域的应用。由于可持续发展的理论，人们对废水的认识由AGS的造粒过程和调控逐渐转向高附加值生物材料的回收。近年来AGS研究的热点主要集中在生物合成、参数调控和多功能生物材料包括EPS、ALE、PHA、P等的实际应用。
文章重点介绍了AGS中污染物去除机理及微生物种群分析，从AGS中回收高附加值生物材料，特别是在提高这些生物材料的产量、质量和应用方面。介绍和讨论了AGS的形成机理及各种关键操作参数对AGS的形成和结构稳定性的影响，为现阶段处理工艺的设计和实践提供了指导。在总结相关研究的基础上，分析了AGS在废水处理技术中的研究前景。希望通过现有的实验研究和理论分析，能更直观地展示AGS废水处理的优势，为今后AGS废水处理技术的资源回收提供一些参考。
经上述研究分析，文章得出以下结论：
（1）进一步了解AGS的形成机制，有利于加快颗粒污泥的快速、经济生长。污泥造粒机理和颗粒稳定性的影响因素仍然是颗粒污泥研究的重点和挑战。
（2）AGS衍生技术包括ABGS和AGS-MBR工艺，具有节能、除污能力强、资源回收价值高等优点，在污水处理中具有广阔的应用前景。然而，AGS工艺需要对增强污染物去除的潜在机理、生物材料的经济回收以及全面应用进行深入研究。
（3）AGS资源回收研究表明，EPS、ALE、PHA、P等具有巨大的回收潜力。因此，研究各种生物材料回收技术的创新和推广以及安全生产，对于AGS在废水处理中的实际应用至关重要。
论文DOI：
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117771作者信息：
刘淑丽，博士，副教授，硕士生导师。2016年10月获哈尔滨工业大学市政工程专业博士，2019~2020年美国密歇根大学访问学者。研究方向为：光合细菌污水处理及资源化；污水的生物脱氮除磷新技术；污水膜处理工艺的开发与应用。相关研究成果已在Bioresource Technology、Science of the Total Environment、Journal of Environmental Management等SCI杂志上发表论文20余篇，主持国家自然科学基金、国家外国专家项目、省部级项目4项，授权国家发明专利6项，出版学术专著1部，长期担任10余个国际主流SCI期刊审稿人。周苗，刘淑丽副教授课题组成员，华北水利水电大学环境与市政工程学院2021级土木水利硕士研究生，主要从事生物膜-SBR污水处理系统的短程脱氮、好氧颗粒污泥污水处理资源化等方面的研究。06
我校数学与统计学院2020级硕士研究生吴殿晓在《JCOMPUT APPL MATH》上发表高水平论文
近日，我校数学与统计学院2020级硕士研究生吴殿晓在《Journal of Computational and Applied Mathematics》（中国科学院2区）发表题为“An efficient spatial branch-and-bound algorithm using an adaptive branching rule for linear multiplicative programming”的论文。该论文的研究内容如下：
文章针对线性多乘积规划(LMP)问题，提出了一种具有自适应分支规则的空间分支定界算法。在所设计的算法中，首先将LMP问题转化为等价问题，然后引入新的变量将非凸约束转化为平方项之差的形式，进而对凹部分使用分段线性逼近。文章利用所提出的自适应分支规则划分盒子并迭代细化分段线性近似，进而将求解LMP问题的过程转化为求解一系列二阶锥松弛(SOCR)问题。此外，文章还给出了迭代过程中最优间隙的上界，并估计了算法的计算复杂度。
文章研究成果：
（1）初步实验表明，对于随机生成的LMP实例，SBBA算法能有效地找到全局最优解，并且其性能优于现有文献中的算法。
（2）SBBA算法的计算复杂度随目标函数中乘积项个数的增加呈指数型增长。这表明SBBA算法对于具有多个乘积项的LMP实例还有提升空间。
图1.线性多乘积规划(LMP)问题
图2. LMP问题的等价问题
论文DOI：
https://doi.org/10.1016/j.cam.2023.115100
作者信息：
申培萍，华北水利水电大学数学与统计学院教授，研究方向为最优化理论与方法。
吴殿晓，数学与统计学院2020级硕士研究生，申培萍教授课题组成员，研究方向为最优化理论与方法。
我校建筑学院2020级硕士研究生朱晨辉在国际著名期刊发表高水平论文
我校建筑学院2020级硕士研究生朱晨辉在《Journal of Building Engineering》上发表了题为“Performance Improvement in Neutron-shielding Ultra-high Performance Mortar Prepared with Alkaline-Treated Boron Carbide”的研究论文，论文的研究内容如下：核技术的广泛应用，给我们带来了显著的经济效益和社会效益,然而，核技术的使用也会产生核辐射从而造成严重威胁。核辐射中的中子辐射主要由中性粒子流组成，具有很强的穿透性，原子结构容易断裂。它对人体健康极其有害，且中子辐射可能对某些精密仪器产生不可预测的影响。因此，必须制定有效的辐射屏蔽措施，以尽量减少中子辐射对人体和敏感设备的危害。结合国内外相关学者的研究，制备高强度中子屏蔽砂浆(UHPM)具有更广泛的应用场景和更重要的工程意义。在文章中，朱晨辉所在的研究团队提出了加入碱处理碳化硼以改进屏蔽效果的方法,制备了2种不同的工业级碳化硼水泥替代品，研究了UHPM的中子屏蔽性能，并考察了碱处理制备前后的3种条件。根据实验结果和4次结果分析，得出以下结论：1.逐渐加入碳化硼对UHPM有不利影响。微观结构多孔化，初始和最终龄期的时间差延长，总孔隙度呈现先减小后增大的趋势。有害孔隙增多，抗压强度降低。2.与非碱处理的碳化硼相比，碱处理的碳化硼的加入对提高碳化硼UHPM的性能有积极的作用。显著改善了水泥内部的微孔结构，缩短了初始和最终凝结时间的差值，降低了总孔隙度和有害孔隙，获得了优异的抗压强度。3.加入氢氧化钙的最佳质量为碳化硼质量的3.5%，可使新拌UHPM的性能改善效果最佳，且孔隙结构更致密。与B10相比，BC10的抗压强度提高了27.68%，达到112MPa。4.工业级碳化硼的加入对试块的流动性和湿容重没有显著影响。5.工业级碳化硼的掺入大大增强了UHPM样品对慢中子的屏蔽效果。结果表明，与B0相比，当辐射能量为1×10−2 eV时，BC10的宏观截面增大了84.92%，HVL减小了85.55%。然而，对于快中子，碳化硼UHPM的屏蔽能力有限。
图1.碳化硼的数字和扫描电镜图像
表1.碳化硼的主要化学成分
图2.碳化硼碱性处理示意图
图3.各种氢氧化钙粉的剂量和溶液pH值
图4.混合过程
图5.中子试验屏蔽模型
我校土木与交通学院2020级硕士研究生柴枭雄在《Gels》上发表论文
图1.不同改性剂和矿物掺量下，不同养护龄期试样强度
图5.矿渣、粉煤灰和硅灰改性试样的SEM图像
作者信息：刘慧，黄河水利科学研究院堤防安全与疾病防治工程技术研究中心高级工程师，主要从事水文水资源、生态治理、泥沙资源利用及工程材料研发研究。
李长明，华北水利水电大学土木与交通学院副教授，水工结构工程专业，研究领域包括：黄河中游核心侵蚀区砒砂岩治理及开发利用，黄河泥沙及河湖底泥沙利用技术，固体废弃物建材资源化利用技术。
柴枭雄，李长明副教授课题组成员，土木与交通学院2020级土木水利专业，黄河泥沙及河湖底泥沙改性利用方向。
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监制：樊要玲
责编：刘 冉编辑：郭 畅
杨晓楠
来源：华水研究生
校对：孙铭田
审核：李晓阳
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