DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 对象与方法 2.1. 研究对象 选择2015年1月~12月于中国人民解放军第一八一医院就诊的慢性肾病(非尿毒症)患者163例，尿毒症患者436例。其中男349例，女250例，年龄14~91岁，平均(51.12 ± 14.99)岁。 2.2. 方法 于清晨采集以上患者外周血5 ml，离心分离血清，−20℃保存待测。采用电化学发光法检测PTH值，仪器为深圳市新产业生物医学工程股份有限公司生产的maglumi2000化学发光仪及配套试剂、质控品。正常参考值是6~90 pg/ml。 2.3. 统计学处理 检测数据采用SPSS20统计软件进行卡方检验，P < 0.05为差异有统计学意义。
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user: 3. 结果 1) 对比分析慢性肾病非尿毒症组与尿毒症组的PTH检测值，统计结果表明尿毒症患者组的PTH异常率明显比非尿毒症患者组高(P = 0.02)，见表1。 2) 分析性别和年龄(<50或≥50)因素对慢性肾病患者PTH值的影响，发现非尿毒症组男的PTH异常率比女的要低，但没有统计学差异；值得注意的是非尿毒症组年龄 ≥ 50的患者PTH异常率显著低于年龄 < 50的患者(P = 0.006)，见表2。此外，发现尿毒症组男的PTH异常率比女的要高，且具有显著性差异(P = 0.007)。尿毒症组年龄 ≥ 50的患者PTH异常率也比年龄 < 50的患者低，但没有统计学差异(P = 0.150)，见表3。
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user: 4. 讨论 长期钙磷代谢紊乱可引起肾性骨病及转移性钙化与心血管疾病和死亡密切相关。作为慢性肾衰竭患 Table 1 Statistics on the abnormal rate of PTH in different stages of chronic kidney diseas 组别 异常率(%) P值 非尿毒症组 74.23 0.02 尿毒症组 83.03 表1. 不同阶段的慢性肾病PTH异常率的统计 Table 2 Analysis of influencing factors of abnormal rate of PTH in non-uremic grou 因素 异常率(%) P值 性别 男 71.71 0.360 女 78.13 年龄 ＜50 84.21 0.006 ≥50 65.52 表2. 非尿毒症组PTH异常率的影响因素分析 Table 3 Influencing factors of abnormal rate of PTH in uremic patient 因素 异常率(%) P值 性别 男 87.20 0.007 女 77.42 年龄 ＜50 85.71 0.150 ≥50 80.53 表3. 尿毒症组PTH异常率的影响因素分析 者最常见的并发症钙磷代谢紊乱与肾脏钙磷代谢及维生素轻化功能障碍有关通过血液透析及腹膜透析均不能完全纠正 [ 3 ] ，而过高的甲状旁腺素在体内蓄积对机体可形成毒性作用。本研究对599例慢性肾病患者的血清PTH进行检测，以探究慢性肾病患者PTH的相关危险因素。统计结果显示尿毒症患者组的PTH异常率明显比非尿毒症患者组高，表明随着慢性肾病的疾病恶化，PTH异常率发生率增加。此外，尿毒症组中男的PTH异常率显著高于女的，表明疾病的晚期阶段性别因素也参与PTH异常的发生。值得注意的是，年龄 ≥ 50的慢性肾病患者PTH异常率比年龄 < 50的患者低，尤其在非尿毒症组具有明显的统计学意义(P = 0.006)。为什么年龄大的慢性肾病患者的PTH异常率反而低于相对年龄小的患者呢？这个问题有待于进一步阐明。 之前，一些学者也对该领域进行了研究。任艳玲等人对慢性肾衰患者和正常人的血清甲状旁腺素水平进行测量比较，研究结果显示慢性肾衰组中高PTH患者的比例为100%，远高于正常组的4.76% [ 4 ] ，充分表明全段甲状旁腺素的升高是慢性肾衰患者的重要检测指标。为了解骨代谢指标或其他因素是否会影响高龄男性血清PTH水平，边平达等人检测了1144名高龄男性血清PTH、骨代谢和血液生化等指标，并采用多元回归分析方法筛选影响高龄男性PTH的独立相关因素 [ 5 ] 。发现高龄男性血清PTH并非仅受单一因素影响，而受25-羟基维生素D3、血钙、血磷、血钠、N端骨钙素、肌酐和尿酸等多种因素共同影响。采取有效措施，维持合理25-羟基维生素D3、血钙和血磷水平，降低N端骨钙素、血钠、肌酐和尿酸水平，可能是降低高龄男性血清甲状旁腺素的重要方法 [ 5 ] 。总之，该领域有待进一步研究，希望以后能及早诊断并能有效控制慢性肾脏病患者的PTH值，以改善慢性肾脏病患者的生活质量并缓解病情。
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user: 摘 要 随着当今军事科技的发展，潜艇成为掌握海底战场主动权的关键。研究具有数据率高、隐蔽性好的对潜通信系统，提高对潜通信能力在战略威慑和战术应用上都具有重要意义。目前常用的对潜通信方式有超长波、微波等，需要潜艇将天线浮出水面，或地基设备庞大等特点，不易于战时应用。蓝绿激光对潜通信是目前研究的热点，与微波通信相比可以大大提高潜艇的安全深度，且具有方向性好、抗截获抗干扰抗摧毁能力强的特点。然而将其应用到星潜链路时，受星载高功率激光器发射功率制约，以及海水的散射和吸收，潜艇的通信深度仍然受到约束。本论文对基于GM APD单光子探测器的星潜光通信链路进行研究，对星潜下行链路进行了建模，讨论了发射功率、潜艇工作深度、跟瞄误差等因素对链路的通信性能的影响。研究表明，采用基于GM APD单光子探测器的星潜光通信系统，潜艇在工作深度(30~500 m)接收卫星信息是可行的。然而受硬件设备技术水平的限制，该技术的具体实施还有诸多关键技术需要攻关。 关键词 :单光子探测，GM APD，蓝绿激光，跟瞄误差，星潜通信
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user: 1. 引言 战略核潜艇是一个国家战略核威慑力量的重要组成部分。由于陆地上核设施易受攻击，生存能力差，战略核潜艇的地位日益突出 [ 1 ] 。现代通信技术已经相当成熟，但是在水下实现远距离的通信如果仍然采用超短波、微波等手段，将面临如下问题。目前通常的潜艇通信方式是潜艇定期浮到天线漏出深度，将天线升出水面收报。这种方式极易被敌人发现，具有很大的危险性 [ 2 ] 。另一种潜艇通信是利用超低频通信，但基地设备非常庞大，无法进行实时指挥，且巨大的设备很容易受到敌人的攻击。对潜通信是各潜艇强国研究的热点和重点，自潜艇出现以后，各国都在努力探讨适合于潜艇通信的新方法。因此，迫切需要开发研制其它数据率更高、隐蔽性更好的对潜通信系统，蓝绿激光对潜通信系统正是在上述背景下诞生的。1963年，S. A. Sullivan及S. Q. Dimtley等人在研究光波在海洋中的传播特性时，发现海水对450~ 580纳米波段内的蓝绿光的衰减比对其他光波段的衰减要小很多，证实在海洋中亦存在一个类似于大气中存在的透光窗口 [ 3 ] 。用蓝绿激光实现对潜通信的主要特点有：① 潜艇的安全深度大大提高；② 频率高、耗能少；③ 方向性好，抗截获、抗干扰、抗摧毁能力强。 在对潜通信中，卫星是对潜艇通信的主要手段 [ 4 ] [ 5 ] 。将激光发射器放在同步卫星上，地面站把要传输的信息转换成微波信号后传送至卫星，卫星再将微波信号转换成电信号，并控制激光发射器，使其产生调制编码蓝绿激光输出。在扫描反射镜控制下，激光束可对预定的海区进行扫描，位于该海区的水下潜艇收到激光信号后将其解调，即可得到地面站传送的信息。这种方案不论是隐蔽性还是有效性都是不容置疑的，应该说它是激光对潜通信的最佳方式。然而受链路距离远、目前星载蓝绿激光器功率不高、蓝绿激光在海水中衰减极快等因素影响，导致蓝绿激光的海水穿透深度不高，大大制约了星潜通信应用。 具有单光子探测灵敏度的盖革模式的雪崩光电二极管(Geiger mode avalanche photodiodes， GM APD)可以很好地解决这个问题 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 。GM APD具有单光子级的探测灵敏度，并且输出信号为数字信息，利于大规模集成。以GM APD为探测器的光通信系统的探测器，具有探测灵敏度高、时间响应快、探测器集成度高、对激光器能量要求低、系统体积小、功耗低等多方面的优势，具备在军事和民用领域大规模应用的条件 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 。作为新兴的探测器，GM APD是提升星潜光通信系统穿水深度的关键。目前关于GM APD的研究多应用在激光成像雷达上，而以GM APD作为通信探测器的研究则未见报导。 本文对基于GM APD单光子探测器的星潜光通信链路的通信性能进行了研究。首先对星潜下行链路进行了建模，基于该模型对发射功率、潜艇工作深度、跟瞄误差等因素对链路的通信性能的影响关系进行了数值仿真和分析，讨论了星潜单光子通信的可行性。本论文的研究工作可以为实际星潜激光通信系统的设计提供理论依据。
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user: 2. 可见光通信链路设计星潜下行链路建模 对于星潜激光通信来说，如图1所示，通信信道主要由三部分组成：太空信道、大气信道、海水信道。太空信道可以认为是真空信道，激光的传输以距离衰减和几何衰减为主，这两类衰减大气信道和海水信道同样具有。除此之外，对大气信道，特别是海面上空的大气多由雾、云和雨组成，它们会对激光信号产生散射和吸收。在海水信道部分，由于溶于海水中的有机物分子、为例和微生物的作用，会对光产生散和吸收。在这里特别要考虑的是大气/海水界面，界面处由于海水的镜面反射和白浪反射，会对信号产生衰减，并在一定程度上改变光线传播方向。由于每种信道都各有特点，因此有必要针对不同信道进行建模。 2.1. 大气对激光的影响 大气由大气分子、气溶胶(悬浮微粒)和水气凝结物(云、霾、雾、雨、雪等)组成，与大气的吸收相比，大气对光造成的衰减主要是由大气散射造成的。大气中相对湿度小于80%时出现霾，而大于80%时则出现雾，雨的粒子尺度最大，但其粒子密度比雾小得多，所以它对可见光的衰减系数比雾要小。霾是大气中最普遍的物理成分，它存在于从地面到深空的范围内，并且呈梯度分布。霾具有较强的前向散射特性，但是霾的粒子密度和粒子半径都是大气各种成分中最小的，它对光的衰减较小。云的粒子半径分布比雾和霾大得多，对激光的传输影响很大，因此计算时一般按云来考虑。 云的衰减系数如表1所示。 2.2. 气水界面对激光的影响 海深不同，海底浪涌和海面的浪高也不一样，由于海水的镜面反射和白浪反射，会对信号产生衰减。光由空气进入海面时，能量的界面透射率为： (1) 第一项是由折射率不连续性决定的界面透射率(由海面风速和光入射角所决定)，第二项是由海水泡沫及条纹决定的界面投射率(取决于海面风速)。 图1. 星潜单光子通信链路 Table 1 Attenuation coefficient of different kinds of cloud 云型 晴天积云 层积云 积雨云 层云I 0.021 0.045 0.044 0.067 云型 浓积云 层云II 高层云 雨层云 0.069 0.100 0.108 0.128 表1. 不同云型对激光的衰减系数 2.3. 海水对激光的影响 由于海水本身的散射和海水中悬浮粒子引起的散射，而悬浮粒子的尺寸分布随水质不同差异很大，海水中粒子的散射要比大气的散射强2到3个数量级，下面对光在海水中的散射情况进行分析。海水的衰减系数与水中的浮游生物浓度，水中的悬浮粒子、盐分及温度有关主要考虑有云天空的情况，这时入射到海水里的是云的漫射光。对于漫射光，海水的衰减遵从指数规律，其透射率为 (2) 为总的吸收系数， 为瑞利散射系数， 为米氏散射系数， 为海水深度。 激光在水下传输光路为多重散射，水对光的衰减主要是水分子和浮游生物的散射，其次是水的吸收效应。海水通道最为复杂，除了考虑上面所提及的因素，在实际应用中，还应考虑海上风速，背景辐射等等情况。 特别指出，衰减系数是系统的有效衰减系数，它由系统的接收视场角、卫星高度及海水的水质光学参数等共同决定。漫射衰减系数是海水的固有光学性质参数，不随人为的试验测量方法和测量参数的变化。当系统接收光斑直径足够大时，有效衰减系数近似等于海水的漫射衰减系数。表2为对潜通信系统中，漫射衰减系数和有效衰减系数在三类海区中的对应数值。 Table 2 Attenuation coefficient of sea wate I类海区 II类海区 III类海区 漫射衰减系数 0.070 0.133 0.144 0.250 0.270 0.350 有效衰减系数 0.231 0.479 0.575 1.013 1.316 1.500 表2. 不同水域海水衰减系数 2.4. 星潜下行链路信号传输模型 根据上述分析，蓝绿激光输出单脉冲能量为 ，水下潜艇光通信终端的GM APD探测器能检测到的初级光子数目为： (3) 其中， 为大气分析散射的透射率， 为气水界面引起的传输损耗因子， 为发射端光学系统的透射率， 为接收光学系统的透过率， 为与光强分布和视场角有关的因子， 为链路总距离， 为海水深度， 为星潜激光通信系统跟瞄误差， 为接收天线面积， 为GM APD量子效率。
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user: 3. 数值仿真及分析 对于单光子对潜通信来说，我们主要关注的是最先到达的光子的数量和时刻，从而根据约定时间间隔内“有”“无”信号来对传输信号进行解码。因此在本论文里主要考虑光束主传输路径上的光强，不考虑激光在海水里经多次散射到达的光子。 本小节主要通过公式(3)进行数值仿真，讨论卫星不同轨道高度、系统跟瞄误差、激光发射功率等对海水穿透深度的影响。选择典型系统参数： ， ， ， ， ， ，束散角半宽 ，单脉冲能量 ，接收口径0.2 m、0.5 m、1 m、1.5 m不等。 3.1. GEO卫星对潜通信 对于GEO卫星来说，星潜链路距离为 (4) 3.1.1. 潜艇GM APD探测到的初级光子数与海水深度关系 对于I、II、III类海区，取典型衰减值分别为0.07、0.144、0.27，仿真得到当对准误差为零时，接收光子随海水深度的变化关系如图2所示 仿真结果表明： Ø 探测器接收到的光子数随海水深度增加呈指数衰减 Ø 当海水衰减系数越大时，探测器接收到的光子数越少 Ø 在上述所给的系统参数下，为了保证接收光子在10个以上(蓝色标注线)，对于I、II、III类海区，潜艇终端的深度需保持在220 m，120 m，60 m以上。 3.1.2. 接收光子数为10，激光发射功率随海水深度变化关系 对于I类海区，取典型衰减值分别为0.07，仿真得到当对准误差为零时，保证接收光子数目为10个，对不不同的天线接收口径，发射激光脉冲能量随海水深度的变化关系如图3所示。 (5) 图2. 不同海域条件下，接收光子数随海水深度变化关系 图3. 不同接收孔径下，激光发射功率与海水穿透深度关系(蓝色标注线为10 mJ) 仿真结果表明： Ø 同样的系统条件下，增大天线口径可以有效提升激光在海水中的穿透深度； Ø 同样的系统条件下，发射激光脉冲能量越大，相应的海水穿透深度越大。 3.1.3. 跟瞄误差对接收光子数的影响 对于I类海区，取典型衰减值分别为0.07，水深度200 m处，探测器接收到的光子数随跟瞄误差变化关系如图4所示。 仿真结果表明： Ø 同样的系统条件下，接收到的光子数随跟瞄误差的增大而呈高斯衰减。 图4. 接收光子数随跟瞄误差变化关系 3.2. LEO卫星对潜通信 对于LEO卫星来说，选取轨道高度为400 km，则其对潜艇通信链路距离为： (6) 3.2.1. 潜艇GM APD探测到的初级光子数与海水深度关系 对于I、II、III类海区，取典型衰减值分别为0.07、0.144、0.27，仿真得到当对准误差为零时，接收光子随海水深度的变化关系如图5所示。 仿真结果表明 Ø 变化规律与GEO类似； Ø 其他条件相同时，卫星轨道高度越低，潜艇可工作的海水深度越深。 3.2.2. 接收光子数为10，激光发射功率随海水深度变化关系 对于I类海区，取典型衰减值分别为0.07，仿真得到当对准误差为零时，保证接收光子数目为10个，对不同的天线接收口径，发射激光脉冲能量随海水深度的变化关系如图6所示。 仿真结果表明 Ø 变化规律与GEO类似； Ø 其他条件相同时，卫星轨道高度越低，潜艇可工作的海水深度越深。 3.2.3. 跟瞄误差对接收光子数的影响 对于I类海区，取典型衰减值分别为0.07，水深度350 m处，探测器接收到的光子数随跟瞄误差变化关系(见图7)。 仿真结果表明 Ø 变化规律与GEO类似； Ø 其他条件相同时，卫星轨道高度越低，潜艇可工作的海水深度越深。 图5. 不同海域条件下，接收光子数随海水深度变化关系 图6. 不同接收孔径下，激光发射功率与海水穿透深度关系(蓝色标注线为10 mJ)
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user: 4. 结论 鉴于目前星潜激光通信中海水穿透深度不高的难题，本文提出采用具有单光子探测灵敏度的GM APD为光通信系统探测器。根据GM APD工作原理，对星潜下行链路进行了建模，基于该模型数值仿真分析了卫星轨道高度、发射功率、跟瞄误差等对海水穿透深度的影响关系。数值仿真结果表明：1) 当激光脉冲能量为6 mJ，接收天线口径0.2 m，I类海区，在保证接收光子数至少为10个时，对于GEO来说潜艇终端深度可达220 m，对于400 km的LEO来说潜艇终端深度可达370 m；2) 其他条件相同时，卫星轨道高度越低，潜艇可工作的海水深度越深；3) 在接收光字数一定的条件下，增大天线口径，可有效提升潜艇通信深度；4) 其他系统条件一定的条件下，跟瞄误差越小，接收到的光字数越多；5) 海水衰减 图7. 接收光子数随跟瞄误差变化关系 系数越小时，接收光子数越高，即探测概率越高。本文的研究结果表明，GM APD探测器在星潜光通信系统中的应用可以大大提高对海水的穿透深度，保证潜艇工作的隐蔽性，在对潜通信领域具有广阔的应用前景。
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user: 摘 要 农村配电网末端存在的“低电压”问题影响了用户的电能质量，消除“低电压”问题已成为供电企业保障客户电能质量的基本要求。考虑到“低电压”问题对用户的影响，在深入分析低电压产生原因的基础之上，结合A地区“低电压”问题治理现状，综合对比不同技术措施的实施效果。通过对配电网末端三相负荷不平衡的典型台区进行案例分析，提出一种在距产生“低电压”配电网线路区域内最优位置安装低压动态无功补偿装置的方案，最后利用MATLAB建立该方案的仿真模型，实验结果验证了方案的合理性。 关键词 :低电压，配电网，配变台区，三相不平衡，Matlab仿真
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user: 1. 引言 随着人民生活水平的不断提高，农村地区在用电量急剧增加的同时，对供电质量 [ 1 ] 也提出了更高的要求，而农村电网经常出现超负荷运行，造成电压幅值的降低，从而出现“低电压”问题，给人民的生产、生活带来了不利影响。因此，研究如何改变农村电网的低电压现状、改善供电质量显得尤为重要。 10 kV配电网中出现低电压的原因有多种，且已经有大量的研究文献提出不同的解决方案。文献 [ 2 ] 是通过建立无功优化技术支撑平台，形成了一套基于全网无功优化补偿的建设方案。文献 [ 3 ] 运用通用的瞬时功率理论，在三相间进行功率分布的优化分配这一思想的合理性，提出利用相间存在耦合的电抗器网络对三相不平衡进行补偿的方法。文献 [ 4 ] 介绍了安装支线末端电压提升系统，使末端电压提升15%以上。文献 [ 5 ] 是以降低三相负荷不平衡率为目的，合理的调整三相四线线路的负荷分配。文献 [ 6 ] 对三相不平衡负荷的补偿原理进行研究，提出了使用TCR + TSC型SVC作为三相不平衡负荷的补偿装置。 本文对治理农村“低电压”的两种不同措施进行深入的分析研究，并结合A地区治理经验可知，适当的对配电网进行无功补偿，合理的进行负荷分配和增加配变台区布点，在治理低电压过程中起到关键作用。本文提出在配网末端选择合适电气距离，进行低压动态无功补偿方案，提高电容器的补偿效果，改善电压质量。 以下为两种典型治理“低电压”现象的措施，并对其中由三相负荷不平衡引起的配电网“低电压”，通过增加无功补偿措施进行改进。
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user: 2. 新增配变布点治理低电压 2.1. 原理及适用范围 1) 原理 新增配变布点是针对现有配变布点和低压台区负荷分布不合理、供电半径大等问题，通过增加配变布点，解决由于低压供电半径过长、配变重超载等造成的配网D类用户低电压的问题。 2) 适用范围 适用于无法通过配变调档、低压三相负荷调整、投切无功补偿装置等方法解决的D类用户低电压问题。该措施能有效解决因供电半径过长引起的末端用户低电压和配变重、过载引起的配变出口电压偏低等问题，配变新增布点后需要同步进行低压台区改造。 2.2. 新增布点实例分析 以A市35kVxx变电站10kVxx线陈家配变台区增加布点为例，该台区于上世纪九十年代投运，由于夏季制冷、冬季取暖引起的季节性负荷增高，导致用电负荷增长迅速。经现场分析该配变存在重负载、低压供电半径超标、末端电压低等问题，需新增配变布点以缩短供电半径，提高配变台区的供电能力和供电质量。 陈家配变台区现运行S9-200kVA变压器2台、S11-315kVA变压器1台；配变负载率75%，低压供电半径为650米。依据《国网山东电力生产技术改造原则》 [ 6 ] 对A市陈家配变台区进行技术改造。 1) 技术实施方案 增加3台200kVA配变、10千伏延伸架设JKLGYJ-95/10绝缘导线0.75千米、敷设YJV22-3×70电缆0.14千米；新增配变布点接入低压网络后，切改0.4千伏YJV22-4×150电缆0.14千米、YJV22-4×25电缆1.98公里。线路末端用户电压治理前的曲线如图1所示。 2) 应用效果 上述技术改造方案投运后，需合理调整配电变压器档位，其原则为:负荷高，电压高，下调档位；负荷低，电压低，上调档位。经现场实测，陈家配变台区在新增布点后，低压供电半径缩短为250 m，负荷高峰期末端用户电压为230.5 V，电压恢复正常。此方案解决了无法通过配变调档、低压三相负荷调整、投切无功补偿装置等方法治理用户低电压的问题。线路末端用户电压治理后的曲线如图2所示。
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user: 3. 配电网线路三相负荷不平衡治理 配网末端出现三相负荷不平衡问题时，可以通过无功功率补偿减小不平衡率。在10kV配网线路中选择最优位置合理进行就地无功补偿，不但可以提高用户配变变压器的利用率、用户的功率因数和改善电压质量，还可以减轻上一级电网补偿的压力。 3.1. 现场工况分析 本文以山东某市某35kV变电站10kV XX线为例对现场情况进行分析，该配变台区共有照明用户659户，动力用户49户，其中照明用户容量为481.07 kVA；4台容量为200 kVA的变压器，该配变台区的负载率为73%，未装设无功补偿设备。 对该配变台区XX线路运行数据进行了详细的测量，结果显示该台区配变重过载，存在严重的三相电压不平衡、动力负荷较大等问题，导致用户的户均容量低，在配电网末端出现“低电压”问题。 3.2. 补偿技术方案 由三相负荷不平衡引起的三相电压不平衡的问题将降低电力系统和用户的供电质量 [ 7 ] ，针对该现象可对配电网进行无功补偿，其作用如下： 1) 提高供用电系统及负载的功率因数 [ 8 ] 。 2) 稳定电网的电压水平，改善供电质量，在长距离配电线路中找合适地点进行动态无功补偿，提高输电能力和用户电压水平 [ 9 ] 。 3) 在三相负载不平衡配电线路中，通过适当容量的无功补偿可以平衡三相的无功及有功负载。 基于上述分析，本文提出在产生“低电压”区域内线路投入无功补偿装置的最佳运行距离解决方案， 图1. 线路末端某用户电压曲线(治理前) 图2. 线路末端某用户电压曲线(治理后) 经过仿真验证，该方案可以显著提高用电设备供电回路的功率因数，改善三相电压不平衡度和用户的电压质量。此外，在合理位置安装补偿电容器对降低线路损耗也能起到较好效果。 3.3. 仿真验证 应用MATLAB仿真软件的Simulink模块 [ 9 ] ，建立10kV配电网中三相负荷不平衡的仿真模型，仿真模型如图3所示。 图3. 三相负荷不平衡模型 仿真模型主要包括：三相电源模块(Souce)，补偿电容模块(C-Compensation)，压差计算模块(V-Difference)，晶闸管控制电抗器模块(TCR)，负载模块(Load)，电力系统图形化用户接口(Powergui)。 首先先假设在仿真过程中10kV配电网具备以下理想条件 [ 10 ] [ 11 ] ：1) 出口电压基本稳定，取配网额定线电压为380 V。2) 选取的导线型号、导线线径一致。3) 线路存在过负荷情况。 其中，A、B、C各相有功功率及感性无功功率分别为：P a = 60 kW，Q a = 5.8 kvar，P b = 54 kW，Q a = 6.2 kvar，P c = 50 kW，Q a = 4.6 kvar。补偿容量为10 kvar*6组。 输入A市XX线路的负荷数据，利用模型进行仿真，发现当配电网末端出现过载时，仿真结果显示此时会有三相电压不平衡出现。 当配电网末端出现过负载时，在产生“低电压”区域内线路不同位置进行电容补偿出口电压值得比较如表1所示： 距产生“低电压”区域内线路末端1/3处安装低压动态无功补偿装置，仿真结果如图4、图5所示。 线路出现过负荷时，整个配电网线路出现三相负荷不平衡现象，导致用户设备的电压幅值下降。通过仿真得到在距产生“低电压”线路区域内末端较远时，电容补偿效果差，较近时，则会产生过电压。因此，如图6所示在距产生“低电压”线路区域内的1/3处安装容性无功补偿装置，其他运行条件不变时三相电压得到了明显改善并且无功补偿效果最佳。 3.4. 实施效果 应用仿真软件对该技术方案进行仿真实验，实验结果表明：该方案对于配电网末端的三相电压不平衡问题起到了较好的补偿作用，从而明显改善了低电压问题。在实施该技术方案后，由三相负荷不平衡引起的用户端电压从原来的0.85倍额定电压提升到1.05倍额定电压，配变功率因数从原来的0.85提升到0.94。此外，在配网末端线路1/3处安装并联电容器装置治理低电压，还可有效减少变压器和线路的有功功率损耗。
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user: 4. 总结 本文针对低压配电网中不平衡负荷引起的电压不平衡以及对配电网末端区域内低电压问题的产生进 Table 1 The compensation effect of different position 安装位置 电容补偿 10 kV线路末端电压 配变出口电压最低值 补偿后配变出口电压最低值 区域内距线路末端2/3处 60 kvar 10.03 kV 185 V 191 V 区域内距线路末端1/3处 60 kvar 10.03 kV 185 V 231 V 区域内线路最末端 60 kvar 10.03 kV 185 V 243 V 表1. 不同位置补偿效果 图4. 补偿前的三相电压波形 图5. 补偿后的三相电压波形 图6. 区域内线路不同位置补偿效果图 行分析和研究，主要研究了在低压配电网产生“低电压”区域内线路中找到最优位置进行无功补偿。构建了MATLAB模型进行仿真和验证，归纳如下： 1) 本文对低压配电网中三相负荷不平衡系统进行了功率分析，使用全电容补偿的方法对三相不平衡无功补偿和有功平衡进行了研究，结合线路的潮流计算得到最优的线路无功补偿位置。 2) 本文借助MATLAB/Simulink软件工具箱搭建了上述方案的仿真模型，结合A地区现场收集的数据，进行仿真验证，验证了方案的可行性。
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user: 摘 要 天基激光三维成像系统充分利用了激光能量密度高、方向性好的优势，在主动探测过程中可以获得比微波雷达更高的成像精度，在军事、民用等方面具有极高的应用价值。由于星载激光器功率受限，星地链路距离长，因此其探测体制为单光子探测。对于单光子探测来说，为了达到较高的探测概率，需采用多脉冲探测体制。高重频窄脉冲的激光器技术是天基激光三维成像系统的关键技术之一。受我国现有激光器技术限制，星载固体激光器的重频达到KHz以上难度极大。本文针对天基激光三维成像系统，对激光重频和卫星飞行速度、轨道高度间的关系进行了建模，并给出了激光重频和单光子系统探测概率间的关系，得到最佳激光重频与系统探测概率、卫星轨道高度、飞行速度等参数间的制约关系。本文研究结果对于激光三维成像雷达系统的优化设计给出了理论依据。 关键词 :激光雷达，三维成像，单光子探测，高重频
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user: 1. 引言 随着空间数据应用领域的不断扩大，现代社会对快速、准备、可靠地获取空间数据的要求也越来越高。星载三维激光成像技术是一种安装在卫星上的主动对地观测技术，与传统的微波雷达相比具有成像精度高的显著优点。然而由于作用距离远、星上激光器功率受限，要求探测器具有极高的灵敏度。 盖革模式的雪崩光电二极管(Geiger mode avalanche photodiodes， GM APD)具有单光子级的探测灵敏度，并且输出信号为数字信息，利于大规模集成 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。以GM APD为探测器的三维成像系统具有灵敏度高、成像速度快、测距精度高、探测器集成度高、对激光器能量要求低、系统体积小、功耗低等多方面的优势，具备在军事和民用领域大规模应用的条件，是近年来研究的热点。基于GM APD探测器星载激光三维成像系统的探测概率是核心指标。 基于GM APD探测器，美国国防部和美国空军一直资助Lincoln实验室进行三维激光成像雷达系统的研究 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。Lincoln实验室研制出的Gen III脉冲三维成像激光雷达系统采用 的GM APD探测器，每个像元上都耦合了高速CMOS计时电路，用于确定光子的到达时间。该系统具有单光子探测灵敏度，3 cm范围的探测精度和可调的角分辨率，距离分辨率为15 cm。系统的激光器为高重频(1 kHz)的单脉冲能量为 的 Nd:YAG，700 ps FWHM @ 532 nm。飞行实验表明该系统最大作用距离为500 m。 目前基于GM APD激光三维成像系统的研究工作多集中在探测器的生产制造以及成像系统的集成和试验上，而对于星载激光雷达系统性能的理论分析则较少。对于天基激光三维成像雷达来说，激光重频是系统设计的关键，直接影响到系统探测概率，对激光重频的优化研究具有十分重要的意义。本文针对采用GM APD的星载激光三维成像系统，首先对其多脉冲探测体制下探测次数和探测概率的关系进行了研究，同时推导了卫星在轨高度、运行速度和多脉冲探测次数之间的关系，随后综合考虑系统探测概率和卫星轨道参数给出了系统激光最佳重频约束模型，并对不同系统指标下的最佳激光重频进行了仿真分析。
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user: 2. 天基激光三维成像系统 2.1. 单光子激光三维成像系统工作原理 采用GM APD阵列探测器的激光三维成像系统成像原理如图1所示。激光器发出的激光，经过整形照射到目标物体上。反射回的光照经接收光学系统成像到GM APD探测器上，转变为电子脉冲信号。利用输出脉冲记录返回光的到达时间，进而可反演得到目标的高程信息。随后结合GPS和INS最终获得地面三维高程图像。 2.2. 激光雷达方程 激光雷达方程是描述激光探测系统探测器接收到的能量与系统参数，以及链路参数之间相互关系的表达式。基于GM APD的成像系统中，回波强度较弱，一般用平均光子数来表征回波强度的大小。则每个像元上接收到的平均初级光电子数可以表示为 [ 10 ] (1) 其中， 为激光发射能量， 是GM APD的量子效率， 是单个光子的能量， 为目标反射系数， 是每个像元的视域面积， 是目标区域光斑面积， 为接收天线面积， 为链路距离， 是激光在大气中的传输损耗。 公式(1)可以进一步等效为 (2) 其中， 为探测器的填充因子， 为单像元的视域， 是激光束散角， 是大气能见度， 为接收天线直径。 图1. 基于GM APD的激光三维雷达成像原理
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user: 3. 背景噪声影响下多脉冲探测体制的探测概率 3.1. 单脉冲探测系统探测概率 单脉冲探测体制即，对每个目标采集区域仅成像一次。激光三维成像系统的探测概率取决于探测器的性能。对于GM APD来说，当探测器探测到的光子数大于等于一个时，则探测器被触发，探测到回波信号。研究表明回波信号近似服从Poisson分布。 为了减小大气后向散射以及探测器热噪声等引起的虚警概率，一般需要根据目标高程范围设定一段时间范围，这段时间称为探测波门，此时激光成像系统仅响应探测波门内的初级光电子。将探测波门等分为一定数量的时间片，假定目标回波信号产生的初级光电子只存在于某个确定的时间片内，且对于一个激光脉冲来说，单像元仅响应一次，之后处于死状态，直到下一个脉冲回波时再恢复盖革状态。假定将探测波门共分为 个时间片，每个时间片的时长为 ，则目标被正确探测到的概率为 [ 10 ] (3) 其中， 为探测波门内噪声光电子的平均数，包括暗电流噪声、大气后向散射噪声和其它相同频率的背景光噪声。 3.2. 多脉冲探测系统探测概率 对于天基星载激光三维成像系统来说，通过提高激光脉冲重频，使得在单位目标区域内进行连续多次探测来改善系统探测概率的过程即为多脉冲探测。 假定目标信号出现在第 个时间片内，则第 个时间片内GM APD探测器被触发的概率 可以表示为： (4) 在总共 次脉冲的探测过程中，目标信号被正确探测到至少 次的概率为 (5) 那么多脉冲探测体制下GM APD激光三维成像系统的探测概率即为 (6) 从公式(6)可以看出，当 时，公式(6)退化为公式(3)。 多脉冲探测体制下，当每次探测返回信息均为地表真实值时，可以通过系统平均的方法提高系统探测精度。而对于单光子探测体系来说，由于其灵敏度极高，因此返回值可能为鬼点(ghost point，大气后向散射引起)。此时通过多次测量，可通过数据相关的后续处理从中滤出真实地表信息。因此，一般上要求多次脉冲探测过程中，至少正确探测次数 。
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user: 4. 星地相对运动对多脉冲探测次数影响 天基激光三维成像系统在实际工作过程中，由于卫星的高速运动以及地球的自转，系统每次测得的结果并不是同一目标的高程信息。而考虑到背静噪声影响下，为了保证系统探测概率，必须采用多脉冲探测体制，因此测量值是代表某一大区域的高程信息，此区域对应的即为系统平面精度。系统平面精度越高，所得到的DEM模型越精细。从上面分析可知，系统平面精度与星地相对运动速度以及激光脉冲重频均有关。因此，本小节首先建立了卫星地面轨迹速度模型，随后根据多脉冲探测体制的探测概率以及系统平面精度，综合给出了激光脉冲最佳重频。 4.1. 卫星地面轨迹速度 卫星地面轨迹速度是由卫星运动速度和星下点地球自转速度合成的，如图2所示。图中紫色箭头代表地心惯性坐标系下卫星的运动矢量，红色箭头代表地心惯性坐标系下星下点由于地球自转产生的运动矢量，黄色箭头为紫色矢量和红色矢量之差，即卫星地面轨迹速度矢量。 对于低轨卫星来说，根据万有引力定律其速度可以表示为 (7) 其中， 为地心引力常数，R为地球半径，H为卫星轨道高度。 将卫星运动速度投影到地面，则有 (8) 而星下点由于地球自转产生的速度为 (9) 其中， 为地球自转角速度， 为星下点纬度。 根据上述三个速度矢量的几何关系，利用余弦定理可得卫星地面轨迹速度大小为 (10) 其中， 为卫星轨道倾角。 图2. 卫星地面轨迹速度矢量合成示意图 4.2. 系统平面精度和探测概率约束下的激光脉冲重频 通过上面分析可知，为了保证系统探测概率，至少要在同一个区域内的探测次数越多越好，即脉冲重频越高越好。而在一定激光重频条件下，星地间的相对运动又约束了系统的平面精度。因此综合考虑上述因素，可以得到系统探测概率、平面精度、星地相对运动等综合因素影响下的脉冲重频应满足 (11) 其中， 为系统探测概率要求下的最小探测次数，由公式(6)给出。 此外，考虑到星下点维度不同的时候对应的 亦不同，为了保证在不同纬度均能满足系统指标要求，应将卫星地面轨迹速度取最大值 代入到公式(11)中，即 (12) 取公式(11)中的最小值为系统最佳重频，即 (13) 公式(11)表明，最佳激光脉冲重频与系统探测概率和星地相对运动速度成正比，与系统平面精度成反比。
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user: 5. 数值仿真与分析 本小节将利用前面推导得到的数学模型，通过数值仿真分别研究系统探测概率、系统平面精度、卫星轨道高度等因素对最佳激光脉冲重频的影响。 5.1. 系统探测概率 首先基于公式(3)和公式(6)对探测概率进行了数值仿真，采用链路和系统参数如下： 、 、 、 、 、 、 、 、 ，脉冲激光器的工作波长为1064 nm，探测景深为499，800 m到500，000 m，假定系统的距离分辨率为50 cm，则探测波门内的时间片总数为 ，每个时间片的时长为 ，此时目标所在时间片内的平均光电子数为 ，当 分别为 和 时，每个时间片内噪声平均光电子数对应为0.00033和0.0033个。由于目为了滤去鬼点信息，在仿真中要求对每个目标区域至少探测到3次真实目标信息，即 。 图3(a)和图3(b)分别为 和 时，单脉冲探测体制和多脉冲探测体制的探测器概率随目标所在时间片变化的关系图。图3(a)和图3(b)中，探测概率均随着目标所在时间片的变大而减小，这表明当目标处在探测景深内越远时，噪声在前端造成GM APD锁死的概率则越大，即通过结合星下点地表高度先验知识可大大改善系统探测概率。综合对比图3(a)和图3(b)可知，在多脉冲探测体制下系统的探测概率明显高于单脉冲体制；当多次成像的次数越多时，即系统对某一目标区域采样时间较长时，系统的探测概率则越大；当系统条件一定时，背景光等噪声越大系统对应的探测概率则越小。此外，图3(b)表明，在上述系统条件下，且 时，多脉冲探测概率远大于单脉冲时的探测概率；且多次成像方式下系统的探测概率均高于98%。 图3. 不同采样次数下的探测概率 5.2. 卫星地面轨迹速度 依据公式(10)对星下点不同纬度时的卫星地面轨迹速度进行仿真，结果如图4所示。系统仿真参数取：轨道高度 ，轨道倾角 ，地心引力常数 m 3 /s 2 ，地球自转角速度 rad/s，地球半径 。 从图4可以看出，随着纬度的增加卫星地面轨迹呈现先增大后减小的趋势，且在赤道附近达到最大值。因此为了使系统性能在对不同纬度地区成像时候均满足系统捕获概率、平面精度等指标，应以赤道附近( )的 为 ，进而对最佳激光脉冲频率进行分析。 5.3. 最佳激光脉冲重频 根据上面对系统探测概率和卫星地面轨迹速度的仿真分析结果，取最小探测次数 (对应系统探测概率分别为98.5%、99.9%、99.999%)， km/s，根据公式(13)进行数值仿真，得到系统平面精度对最佳重频的影响关系如图5所示。 从图5可以看出，激光最佳重频随着系统平面精度的提高而逐渐增加，且当最小探测次数要求越高时，对应的激光重频就越高。由此可见，当系统探测概率和系统平面精度越高的情况下，对激光脉冲重频的要求就越高。且在本论文的系统仿真参数下，平面精度小于10 m时对应的激光重频均大于KHz，即对高重频激光的研制提出很高要求。
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user: 6. 结论 通过对天基单光子三维成像激光雷达系统工作过程进行分析，提出了系统探测概率、系统平面分辨率、星地相对运动等综合因素约束下激光脉冲最佳重频的设计方法。首先建立了多脉冲探测体制下系统探测概率模型，给出了多脉冲探测系数和探测概率间关系。随后通过对卫星运动以及地球自转等因素的分析，建立了卫星地面轨迹速度模型，并给出了系统平面精度和卫星地面轨迹速度关系。进而，基于上述模型，推导得到了激光脉冲最佳重频与探测概率、平面精度、卫星轨道高度、轨道倾角等系统因素间的影响关系模型。仿真分析结果表明，激光脉冲最佳重频随系统探测概率的增加而增加，随系统平面分辨率的提高而增加。本文的研究工作可以为激光三维成像雷达系统的优化设计提供理论依据。 图4. 卫星地面轨迹速度随纬度变化关系 图5. 不同最小探测次数下，激光最佳重频随系统平面精度变化关系
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user: 摘 要 本文从地下水污染的定义和地下水学科的兴起出发，系统论述了地下水污染的调查监测技术，总结了地下水污染的迁移转化研究手段，综述了常见地下水修复技术的最新研究进展，并在此基础上提出存在的问题和今后研究的重点，以期对我国环境污染治理和生态文明建设有所帮助。 关键词 :地下水，污染，监测，迁移转化，修复技术
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user: 1. 课题背景 21世纪可持续发展的水资源战略问题是一个关系人类前途和命运的重大问题。水资源的全球稀缺性和极端重要性已成为国际社会的共识。地下水是水资源的重要组成部分，在保障我国城乡居民生活用水、支持社会经济发展、维持生态平衡等方面具有十分重要的作用。2014年中国水资源公报显示 [ 1 ] ，中国的地下水资源为7745亿m 3 ，占中国水资源的29%，其中已开采量880亿m 3 ，占地下水开采量的1/3。在我国地表水资源相对缺乏的北方干旱、半干旱地区，地下水更是具有不可替代的作用。 随着全球经济的高速发展，世界各地的地下水污染情况不容乐观。1986年Jack Barbash [ 2 ] 等人调查研究发现，美国50个州的地下水均检出了微量有机污染物 [ 3 ] ；日本15个工业城市的30%的水井受到三氯乙烯和四氯乙烯(PCE)的污染 [ 4 ] ；据俄罗斯环境部门统计，全球每年开采30亿吨石油，其中7% (含原油及其产品)通过各种途径又重新进入地下环境，造成了地下水水质的污染 [ 3 ] 。仅开采过程，每年直接进入土壤的原油在1000万吨以上，构成了全球重要的环境问题之一，不仅造成了土壤污染，同时也造成地表水和地下水的严重污染。 我国地下水污染问题更加突出。2014年，对主要分布在北方17省(自治区、直辖市)平原区的2071眼水质监测井进行了监测评价。结果表明，地下水水质总体较差，其中水质优良的监测井仅占评价监测井总数的0.5%，水质良好的占14.7%，水质较差的占48.9%，水质极差的占35.9% [ 1 ] 。农村地下水污染问题总体较轻，但污染问题也不容忽视。大量施用氮肥是我国地下水环境硝态氮污染的重要原因。统计结果表明，>1.0 mgN/L的为83%，高于世界卫生组织最大污染浓度限值(10 mg N/L)的比例为28%，超过中国饮用水标准(20 mg N/L )的比例为15%。《中国地下水污染防治规划(2011-2020年)》初步判断，地下水污染将由点状、条带状向面上扩散，由浅层向深层渗透，由城市向周边蔓延。 综上所述，系统总结研究国内外地下水污染的调查监测、迁移转化以及修复技术已刻不容缓。目前国内综述大多从地下水污染修复的某一种或几种技术角度总结相关研究进展 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ，涵盖地下水污染的调查与模拟等全过程、系统性综述报道不多；近几年由于地球物理勘探、水文地质调查技术的成熟应用以及地下水修复技术学科的迅猛发展，一些关键性的最新研究进展总结较少。本文从地下水污染的定义和地下水学科的兴起出发，系统论述了地下水污染的调查监测技术，总结了地下水污染的迁移转化研究手段，综述了常见的地下水修复技术最新研究进展，并在此基础上提出存在的问题和今后研究的重点。
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user: 2. 地下水污染的概念和学科发展 地下水污染(ground water pollution)主要指人类活动引起地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使质量下降的现象。Buchang和Key于1956年给出了地下水污染的定义：“所谓地下水的污染是指由于人类活动直接或间接的影响，致使水的可能利用范围与原来的水质相比受到了全部或部分的限制”；1984年，Matthess [ 8 ] 正式提出如下定义：“所谓地下水污染是指由于人类活动的影响使地下水中溶解或悬浮的成分浓度超过了国家或国际规定的饮用水最大允许浓度。至于没有受到人类活动影响的天然地下水，可能有某些成分已超过上述标准，在这种情况下，任何相应成分浓度的增高也应视为污染。” 地下水污染学科起源于20世纪60年代。1962年，Rachel Carson所著的《寂静的春天》一书的出版，引起了公众对包括地下水污染在内的环境问题的关注。1965年Legrand Harry [ 9 ] 在论文中首次提出了地下水污染羽的概念，但该论文并没有提供任何数据和模型。最早对地下水污染物的研究开始于放射性污染物 [ 10 ] ，出现在美国和加拿大，开始用高分辨率仪器来表征裂变产物在污染羽中的分布，是地下水污染研究的萌芽。20世纪70年代，《Groundwater Pollution in Europe》、《Groundwater Pollution》和《Geoscience Canada Paper Cherry》等期刊的建立，标志着地下水污染科学正式作为污染水文地质学来研究。同一时期，废渣埋填产生的污染变成二十世纪七十年代环境污染研究的焦点 [ 11 ] 。到20世纪80年代，Schwille [ 12 ] 最早认识到了地下水中存在含氯溶剂，标志着地下水溶剂污染研究的开端。20世纪90年代以来，逐渐发现了高氯酸盐，甲基叔丁基醚等新的污染物，地下水污染学科发展日趋成熟。 在我国，地下水污染调查零星工作始于20世纪60年代，地下水例行监测始于1974年，此后各省市每年都会公布地下水监测简报。20世纪70年代末期开始探索地下水污染规律及特征，并开始探索水文地质条件 [ 13 ] 、农药使用 [ 14 ] 、肥料使用 [ 15 ] 等对地下水环境质量的影响。20世纪80年代初期提出地下水污染防治措施，开始深入研究地下水污染防治技术 [ 16 ] [ 17 ] 。2011年8月，国务院常委会议讨论通过了《全国地下水污染防治规划(2011~2020年)》，规划提出，我国将投资346.6亿元防治地下水污染。2012年，环保部召开常务会议，审议并原则通过了《华北平原地下水污染防治工作方案(2012~2020年)》；2015年4月2日，发布水污染防治行动计划，计划到2020年，地下水污染加剧趋势得到初步遏制；同年中国地质调查局发布《地下水污染调查评价规范》，详细规定了地下水调查过程中调查内容与技术，样品采集与保存，样品分析测试与质量控制以及地下水质量与污染评价等各方面内容，进一步完善了地下水污染防治行动；2016年1月7日，环保部发布《环境影响评价技术导则_地下水环境》(HJ_610-2016)，与2011版相比，2016版《导则》简化了工作程序，提高了评价效率，细化了评价要求，优化了调查内容，提高了地下水环境影响评价的科学性和可操作性。
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user: 3. 地下水污染的种类和途径 3.1. 地下水污染的种类及特点 地下水污染主要包括无机污染和有机物污染两大类。地下水中的有机污染物主要来自石油化工工业、化石燃料工业、化工溶剂，以及各种工业制造过程等 [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] ，有机物主要来源见表1所示 [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] 。 地下水中的无机污染物主要来自重金属污染。环境污染方面所指的重金属 [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] 主要是生物毒性显著的汞、铜、铅、铬以及金属砷，以及一般毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。表2为地下水重金属污染物的主要来源。 Table 1 The main source of organic pollutants in groundwate 种类 主要来源 氯代有机物 干洗剂；电子工业、机械工业的脱脂清洗剂、干燥剂、涂料剥离剂；纺织工业的拔染剂、除垢剂；制胶工业的萃取剂；医药上的麻醉剂、驱虫剂；化学工业的统计、稀释剂、塑料发泡剂、化学产物的原料等 石油烃 [ 25 ] 石油开采、加工、运输；地下油罐的泄露 卤代烃 [ 26 ] 纸浆的漂白废液；有机氯农药；灭火剂、冷冻剂、麻醉剂、杀虫剂；高分子工业的原料 多环芳烃 农业灌溉 [ 27 ] ；石油、煤炭、木材等有机物热解和不完全燃烧 [ 28 ] 多氯联苯 农药DDT [ 28 ] ；电子垃圾拆卸、焚烧 [ 29 ] [ 30 ] 硝基苯 杀虫剂、除草剂、医用品 氯酚 木材防腐剂 二硫化碳 生产人造纤维 甲基叔丁基醚 汽油添加剂 四溴乙烷 选矿剂 腐殖酸 动植物体的腐败 表1. 地下水有机污染物的主要来源 Table 2 Main source of the groundwater heavy metals pollutant [ 34 ] [ 35 ] [36 种类 主要来源 汞(Hg) 制烧碱、汞化物生产等工业废水和污泥、含汞农药、汞蒸汽 镉(Cd) 冶炼、电镀，染料等工业废水、污泥和废气，肥料杂质 铜(Cu) 冶炼、铜制品生产等废水、废渣和污泥，含铜农药 锌(Zn) 冶炼、镀锌、纺织等工业废水和污泥、废渣、含锌农药、磷肥 铅(Pd) 颜料、冶炼等工业废水、汽油防爆燃烧排气、农药 铬(Cr) 电力、冶炼、电镀、制革、印染等工业废水和污泥 镍(Ni) 冶炼、电镀、炼油、染料等工业废水和污泥 砷(As) 硫酸、化肥、农药、医药、玻璃等工业废水、废气、农药 硒(Se) 电子、电器、油漆、墨水等工业的排放物 表2. 地下水重金属污染物的主要来源 [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] 3.2. 地下水污染的途径 地下水污染途径是指污染物从污染源进入到地下水中所经过的途径。研究地下水的污染途径可以更好地认识地下水的污染情况 [ 37 ] ，以便选择更好的地下水污染治理措施。地下水污染途径分类如表3所示。
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user: 5. 地下水污染物迁移转化模型 5.1. 地下水水流模型 地下水的迁移和转化是肉眼不可见的，因此需要借助一些算法和模型来模拟地下水的迁移转化情况。1987年，美国环保署(Environmental Protection Agency， EPA)率先开发出了地下水的生物羽流模型 [ 45 ] ，开创了地下水迁移转化模型的先河。此后地下水迁移转化模型得到了极大的发展，科学家们陆续开发了多种地下水迁移转化模型，如表6所示。 值得一提的是，美国地质调查所于1998年开发出了MODFLOW地下水模型软件，是一种模块化的三维有限差分流量代码，可以模拟地下水三维饱和流动 [ 46 ] [ 47 ] ，是目前应用最广泛的模型，后续又有学者对其进行了二次开发，使其内容更为丰富。美国Heinzer [ 48 ] 等人利用GIS开发了地下水流模型的图形用户界面，允许在GIS环境下建立基于MODFLOW的地下水流模型。Knab [ 49 ] 等人研究了基于AutoCAD的MODFLOW、MODPATH和MT3D的应用系统。Tsou [ 50 ] 等人在Arcview的界面环境下集成了地下水流模型MODFLOW和溶质运移模型MT3D，包括模型输入数据的各类点、线、面数据的前处理和模型结果显示的后处理。 5.2. 地下水水质模型 上世纪二十年代，国外开始对水质的模型作了初步的研究。美国环保局在20世纪70年代开发了QUAL-1，WASP [ 66 ] 等水质模型软件。随后，其他欧洲国家也效仿研发了自己的水质模型软件，比如丹麦水质研究所开发的MIKE系列软件 [ 67 ] ；荷兰水利研发所开发的DELFT-3D模型 [ 68 ] [ 69 ] ；英国软件公司开发的ISIS模型 [ 70 ] 。其后，科研人员对水质模型软件作了许多的改进和创新。美国环保局研发出BASINS模型系统软件 [ 71 ] ；丹麦水质研究所开发的新一代MIKE SHE模型系统软件 [ 71 ] 。 地下水模型系统(Grounder Modeling Systems， GMS)是基于MODFLOW和MT3D模型软件，由美国Brigham Young University环境模型研究实验室和美国陆军排水工程实验工作站开发的一个综合性的用于地下水模拟的图形界面软件。其模拟结果基本上能够代表实际地下水中污染物浓度的变化特征。GMS中各模型类型介绍和适用范围如表7所示。
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user: 7. 问题与展望 尽管地下水学科发展与污染修复工作已经引起社会各界的广泛关注，地下水修复技术发展也日趋成熟(表10)，但我国地下水修复相关的科学研究与工程实施还存在诸多问题，如地下水相关的法律与标准制定相对滞后；地下水污染地区水文地质资料与历史资料缺失；对地下水污染调查的重视程度与实际投入不足；土壤修复过程中往往忽视地下水的同步修复以及修复过程中的二次污染防治问题得不到重视等等。为此，作者提出以下展望： Table 1 0 Merits， demerits and range of application of various remediation techniques [ 91 ] [ 139 ] [ 140 ] [141 技术名称 适用污染物 不适用污染物 优点 缺点 原位化学氧化法 汽油、柴油、BTEX、轻馏分PAH、含氯溶剂、MTBE 重馏分矿物油、重馏分PAHs，PCB 能够原位分解污染物，可以达到污染物快速降解的效果，一般在数周或者数月可以显著降低污染物浓度；除芬顿试剂外，副产物较低；其操作和维护成本较低；与后处理固有的衰减的监测相容性较好，并可促进剩余污染物的需氧降解；对场地操作的影响较小 总的投资可能较高；氧化剂不易达到渗透率较低的地方；芬顿试剂会产生大量的易爆炸的气体，因此需采取相应的预防措施；将土壤修复至背景值或者污染物浓度极低的情况在经济上可能代价较大；可能造成氧化剂的大量损失；可能造成含水层化学性质的改变以及由于孔隙中的矿物沉淀而造成含水层的堵塞；溶解的污染物在氧化数周之后可能产生“反弹”现象 生物注射法、生物反应器法 石油烃、NAPLS、大多数的有机污染物 难生物降解的有机物如六六六、二噁英、酚类物质 修复时间短，效率高，费用少，修复范围较大 使用条件受场所限制，只适用于土壤气提技术可行的场所，同时效果会受到岩相学和土层学的影响；对处理黏土层效果较差；使用的微生物可能需要被驯化，注入井有堵塞风险 渗透反应墙(PRB)技术 重金属、氨氮、MTBE、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化乙烯、多氯联苯、酚类物质 复合污染场物 就地修复、工程设施简单、能够达到对多数污染物的清除，可以根据含水层类型、水力学参数、污染物种类、污染物浓度高低等选择合适的反应装置 反应过程中产生的沉淀会引起介质阻塞、材料失活、催化剂钝化；还原脱氯过程中可能产生毒性更大的副产物；装置全部在地下、更换修复方案复杂、反应材料需要定期清理、检查更换 抽出处理(P&T)技术 绝大多数污染物 DNAPLs(重非水相液体) 设备简单、易于安装和操作、试用范围广、地上污水净化工艺比较成熟 只对有机污染物中的轻非水相液体去除效果很明显，而对于重非水相液体来说，治理耗时长而且效果不明显；易受场地水文地质条件限制；运行维护成本高 原位曝气技术 石油类污染、苯系物、二恶英类、多环芳烃、有机农药类、多氯萘类和多溴联苯类、有机氯化物 难挥发有机物，重金属 处理效果好、易操作 只适用在中低沸点的污染物 多相抽提技术 挥发性和半挥发性有机物，LNAPL，DNAPL 重金属 同时处理以气相、吸附相和自由相存在的污染物；通过降低地下水位，使更多的含水层暴露于气相中；为低挥发性污染物创造了好氧降解条件；可在渗透性较低的土壤中采用；能有效去除毛细管带的NAPL；修复时间较短 有些MPE系统应用深度受限制；相对传统的抽提工艺，MPE系统的前期启动和调试时间较长修复成本增加；抽提设备较为复杂，包括水相及气相处理设备；处理工艺(分离和处理)及其优化调试复杂(水量、水位和真空度) 表10. 各种修复技术的优缺点及适用范围 [ 91 ] [ 139 ] [ 140 ] [ 141 ] 1) 尽快出台地下水修复相关法律与标准。与美国、英国等其他国家相比，我国地下水修复的相关法律与标准制定严重滞后，因此，具体修复项目在制定修复目标值时，往往只能依据风险评估相关数据或地下水环境质量标准，这就导致过度修复或现有修复技术和工期达不到标准的情况，因此地下水修复的相关法律与标准亟待出台； 2) 完善地下水监测站网与数据库的建设工作。美国的地下水监测站网建设工作起步较早，近三十年的常规检测数据都有存档，对地下水修复工程的实施具有重大参考价值。而我国的地下水监测站网与国外相比亟待完善，常规监测数据及地下水水文地质资料缺失，给修复工程实施造成了一定的障碍； 3) 重视污染地块前期调查与概念模型的构建。与修复工程费用相比，我国污染地块土壤及地下水调查费用偏低，占比仅1%~5%，而美国污染场地调查与评估费用占比可达40%；迁移转化软件和概念模型的应用较少，污染成因及污染物的迁移转化规律不能详细阐明。因此要加大污染场地前期调查与评估的工作投入，运用薄膜界面探测系统(MIP)、水力剖面探测仪(HPT)等高精度场地表征(HRSC)手段，辅之以Modflow等地下水迁移转化模型，准确建立污染场地地下水概念模型，指导地下水修复工程的实施； 4) 加强绿色、原位修复技术的探索和地下水修复工程示范项目的建设。近两年土地主管部门已加大“土水一体”修复工作的重视，地下水修复项目日渐增多，但限于工期与技术发展，多数为抽出处理技术，而微生物修复、微生物—化学耦合修复等绿色、原位修复技术的应用有待进一步的提高。因此，建议加强绿色、原位修复技术的探索以及工程示范项目的建设，完善、提高我国地下水修复行业的技术体系和水平。