DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 模型建立 ARIMA ( p ， d ， q ) 模型的识别与定阶可以通过样本的自相关与偏自相关函数的观察获得 [ 3 ] 。经过平稳性检验，我们建立 ARIMA ( p ， d ， q ) ，模型经过一阶差分后平稳，所以 d = 1 ，为了获得自回归和移动平均回归中的 p 和 q ，可以通过自相关和偏自相关图来观察。图4为 { x t } 序列的自相关图和偏自相关图。 从图4中可以看出，自相关系数在滞后阶数1、5、6和7时显著不为0，因此 q = 1 、 q = 5 、 q = 6 或者 q = 7 。偏自相关系数在滞后阶数为1时显著不为0，因此 p = 1 。为了确定模型的最终结构，需要结合AIC和SC准则定阶，最终来确定模型的阶数。文章建立4个模型，运用Eviews软件根据AIC和SC值来定阶，结果如表4。 从表4中观察到 ARMA ( p ， q ) 取(1，5)时，AIC和SIC的值最小。综合比较DW统计量以及 R 2 ，一般DW统计量越接近2， R 2 越接近1说明模型拟合的越好，最后选定的 ARIMA ( p ， d ， q ) 模型取(1，1，5)时，模型拟合的较好。为了进一步确定选定的模型是否能够充分的提取数据列的信息，对 ARIMA ( 1 ， 1 ， 5 ) 进行检验。我们将该模型中的自回归和移动平均中部分不显著的系数放弃，最终的估计结果如图5所示。 模型的具体形式为： x t = 0.199550 + 0.507968 x t − 1 − 0.082020 ε t − 1 − 0.887127 ε t − 5 + ε t t =     ( 15.76010 )       ( 2.452251 )         ( − 0.939909 )         ( − 14.49139 ) S .E . = 0.055682 ， R 2 = 0.688939 ， R ¯ 2 = 0.642279 ， F = 14.76533 AIC = − 2.787294 ， SC = − 2.590951 ， DW = 2.089939 我们可以推出时间序列 { y t } 的预测公式为： y t = y t − 1 + 0.199550 + 0.507968 x t − 1 − 0.082020 ε t − 1 + ε t 进而推出时间序列 { Y } 的预测公式为： Y = e y t − 1 + 0.199550 + 0.507968 x t − 1 − 0.082020 ε t − 1 + ε t 根据图5中得到的数据： R 2 接近于1，说明模型拟合的很好；DW值接近2，说明不存在自相关关系；AIC和SC值非常小，说明模型拟合的相对合理。 图4. x t 序列的自相关–偏自相关图 Table 4 Comparison of different ARMA ( p ， q ) model AIC and SC value ARMA(p，q) (1，1) (1，5) (1，6) (1，7) AIC −1.957741 −2.568044 −2.320666 −2.356181 SC −1.859570 −2.224445 −1.927981 −1.914411 表4. 不同 ARMA ( p ， q ) 模型AIC和SC值比较 图5. 对数全社会固定资产投资总额一阶差分 ARIMA ( 1 ， 1 ， 5 ) 模型
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user: 4. 模型的检验 文章对模型的残差序列进行独立性检验，这里采用拉格朗日乘数检验法(LM检验)对残差序列的样本自相关系数进行检验，原假设是残差序列相互独立。拉格朗日乘数检验的思想是：在约束条件下，可以用拉格朗日方法构造目标函数。如果约束有效，则最大化拉格朗日函数所得估计量应位于最大化无约束所得参数估计值附近。这里也是构造一个LM统计量，该统计量服从卡方分布 [ 4 ] 。表5为LM检验结果，可以看出统计量值的p值均大于0.05，应当接受原假设，所以残差序列相互独立，是白噪声序列。 另外从残差序列的自相关图(图6)可以看出，残差序列是纯随机序列，ARIMA(1，1，5)模型的建立较为合理，充分提取了数据中的信息。残差通过了白噪声检验，因而可以判断该模型是可行的，可用于预测分析。
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user: 5. 模型的预测 首先进行样本内静态预测，图7为1989~2014年全社会固定资产投资总额预测值与真实值的趋势图，从图中可以看出样本期内河南省社会固定资产投资总额的真实值和预测值两条曲线的拟合情况非常好，走势基本一致，说明模型拟合的很好，非常合理。通过计算样本内各年份河南省全社会固定资产投资的真实值和预测值，1989~2014年内预测的平均误差为2.0%，一般来说预测的误差越小，预测的精度就越高，说明模型拟合的就越合理，由于样本期内预测的平均误差非常小，所以预测的精度非常高，这对于未来几年河南省全社会固定资产投资总额的预测具有重要的参考意义。 为了进一步分析河南省全社会固定资产投资总额，利用建立的ARIMA模型进行样本外动态预测，由于该时间序列模型经过取对数再做一阶差分才基本平稳，且模型数据有限，所以所获得的模型反映的是短期变化关系，而非长期变化关系，因此只对未来四年2015年~2018年的全社会固定资产投资总额进行预测，表6为预测值数据。 从预测的结果来看，未来4年的河南省全社会固定资产投资总额仍将保持较高速度增长，从模型的预测公式我们可以看到，河南省固定资产投资总额与其第一期的滞后值、第五期的随机扰动项密切相关，从参数估计值来看，与第一期的滞后值正相关，与第五期的随机扰动项负相关。因此，政府在引导投资时要考虑到这点。近几年全社会固定资产投资总额与资本形成总额出现严重背离且差额逐渐拉大，目前差额已超过30%，也就是说超过30%的固定资产投资不能形成资本，这值得我们关注和警惕。近几年房地产成为热门，土地交易金在全社会固定资产投资总额中所占比重逐渐提高，到2012年已经超过30%，金额上达 Table 5 Residual LM test result F统计量 0.951271 P值 0.5024 T × R 2 统计量 8.084326 Probability 0.3252 表5. 残差的LM检验结果 Table 6 Estimated total investment in fixed assets of Henan province from 2015 to 2018 (Unit: 100 million Yuan 2015年 40371.04534亿元 2016年 47207.65016亿元 2017年 57916.4796亿元 2018年 69188.68803亿元 表6. 2015年~2018年河南省全社会固定资产投资总额预测值(单位：亿元) 图6. 残差序列自相关–偏自相关分析图 图7. 河南省全社会固定资产投资总额的真实值与静态预测值 到12万亿人民币以上，名副其实地出现经济虚拟化、经济地产化，使得全社会固定资产投资总额逐渐大于资本形成总额，两者之间差距越来越大 [ 5 ] 。同时经济的虚拟化、经济地产化也是我国近几年用扩大投资的方式拉动经济日益困难，拉动力日益减弱经济增长率降低的一个重要原因 [ 6 ] 。我国经济增长的70%以上要靠投资拉动，而投资的30%以上不能对经济增长有所贡献，那么至少降低了20%的经济增长率。如果一个国家或地区固定资产投资有较大增长不能称之为坏事，但是每个地区经济结构不同，总有一些问题会影响自身的均衡发展，制约经济增长。投资过热有时候也会成为自身的累赘，不一定都是好的，要看经济结构能不能承受，所以说，要做到经济结构全面和相对合理是非常困难的。所以政府应当注意：1) 政府应当充分贯彻中央各项宏观经济政策，引导并调整和优化产业投资结构；2) 政府应当合理引导投资比例，提升投资对经济的拉动力，多渠道筹措建设资金，积极争取中央投资和信贷基金支持 [ 7 ] ；3) 提高投资收益，大力扶持一些影响力大、有长远发展的投资项目，着力推进产业集聚区建设，积极推进一批重大项目尽快开工建设，切实加快在建项目建设进度，加快保障性安居工程建设，努力实现投资平稳较快增长，为河南省社会发展提供有力支撑 [ 8 ] ；4) 坚持把扩大投资需求、调整投资结构作为“转方式、调结构”最直接最有效的方式，激发民众的热情，拓展民间投资领域。 综上所述，ARIMA模型较好的解决了非平稳序列的建模问题，在短期预测方面有着重要的意义。文章借助Eviews软件，将ARIMA模型应用于河南省全社会固定资产投资总额的预测，预测值与真实值非常接近，预测精度较高，说明模型拟合的较好，相对合理，为河南省全社会固定资产投资的制定提供了一个客观和科学的根据。
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user: 摘 要 本文对重铬酸钾氧化法测定土壤有机质的方法和特点及应用范围进行了论述和评价，并分析不同测定方法对测定土壤有机质含量的影响，比较了各方法的优缺点以及研究中适宜选择的方法，并展望了土壤有机质准确、精密、快速、无污染测定方法的发展趋势。 关键词 :重铬酸钾氧化法，土壤，有机质，测定方法，应用 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 有机质作为土壤的重要组成部分，对土壤结构的形成和质量的改善具有决定作用，通过测定土壤中有机质的含量，可以了解土壤的理化性质，为土壤环境监控、有效利用和土壤改良提供数据支撑。当前测定有机质含量的方法主要包括干烧法、湿烧法、化学氧化法、灼烧法等，近年来，又相继开发了红外光谱、核磁共振和同位素示踪等一些先进方法对土壤有机质性质进行研究，并取得了引人注目的进展。但重铬酸钾氧化法仍是土壤有机质测定中普遍使用的经典方法，快速、简便、不需要特殊的设备和操作技术，适用于大量样品的分析。本文综述了近十几年文献中报道的重铬酸钾氧化法测定土壤中有机质的方法，并且进行了分类描述，以便于人们了解有机质测定的现状和合理选择适宜的分析方法，提高测定结果的准确性与可靠性，为进一步研究有机质测定方法和揭示土壤有机质的性质提供参考。
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user: 2. 土壤有机质的重铬酸钾氧化测定方法 上世纪50年代以来，重铬酸钾氧化法成为世界各国在土壤有机质研究领域中广泛使用的经典方法。虽然重铬酸钾的浓度或测定条件稍有差异，但其基本原理是相同的，用一定浓度的过量的K 2 Cr 2 O 7 -H 2 SO 4 溶液氧化土壤有机质后，再用标准硫酸亚铁溶液滴定剩余的重铬酸钾，测定消耗的K 2 Cr 2 O 7 的量或形成产物的量，从而计算出土壤中有机质含量。 重铬酸盐消解溶液中，有三种测量产物，过剩的 Cr 2 O 7 2 − ，形成的Cr 3+ 和CO 2 ，在湿烧法中，CO 2 被收集来确定有机质的量；在重铬酸盐氧化法中，通过滴定法或比色法测定溶液中的 Cr 2 O 7 2 − 和Cr 3+ ，以确定有机质的含量。
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user: 4. 土壤中杂质对测定有机质结果的影响 在重铬酸钾氧化测定法中，土壤中的碳酸盐并不影响有机质测定，但在测定石灰性土壤样品时，也必须慢慢加入K 2 Cr 2 O 7 -H 2 SO 4 溶液，以防止由于碳酸钙的分解而引起激烈发泡。 土壤中活性锰、亚铁以及氯离子对测定有干扰，土壤中如果含有低价铁和氯化物，则会过多消耗重铬酸钾导致结果偏高。 6 Fe 2 + + Cr 2 O 7 2 − + 14 H + → 2 Cr 3 + + 6 Fe 3 + + 7 H 2 O 6 Cl − + Cr 2 O 7 2 − + 14 H + → 2 Cr 3 + + 3 Cl 2 + 7 H 2 O 若土壤中Cl − 含量较少时，可加少量的Ag 2 SO 4 ，从而除去Cl − 离子，Ag 2 SO 4 的用量不能太多，约加0.1 g左右，否则生成Ag 2 Cr 2 O 7 沉淀，影响滴定。若土壤中还原性物质(Fe 2+ 、Mn 2+ )较多时，可以让土样充分风干，使之彻底氧化。 活性的MnO 2 存在将产生负误差，但大多数土壤中活性的氧化锰的量是很少的，因为仅新鲜沉淀的MnO 2 参加氧化还原反应，即使锰含量较高的土壤，存在的MnO 2 中很少部分能与K 2 Cr 2 O 7 发生氧化还原作用，所以，对绝大多数土壤，MnO 2 的干扰不致产生严重的误差。
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user: 5. 土壤有机质测定方法的比较分析 外加热重铬酸钾氧化法的优点是可以获得较为准确的分析结果，适用于大量样品的分析，但操作较为繁琐，实验条件控制要求严格，滴定终点观察、判断要求准确把握。此外由于高温油浴消解易引起环境污染，对人体会产生危害，试管上粘附的油污不易清洗，而且在清洗过程中如不慎会将管外油垢带入管内，导致测定结果偏高。对于滴定分析法，指示剂易被悬浮土粒吸附，使终点颜色变化不明显，不易于分辨。特别是当土壤颜色较深时，溶液颜色变化较为模糊。 水合热重铬酸钾氧化法省去了加热设备，但因温度低导致有机碳氧化不完全，受土壤类型和环境温度影响较大，结果不稳定，重现性差，浓硫酸使用量大，适于在室温20℃以上的条件下进行。氧化校正系数只对测定样品适用，不同类型的土壤之间，这个转化系数会有差异。水合热法准确度低，应用受到限制。 比色法在有一定准确度的情况下能够做到简单易行，快速得出分析结果，适合于在条件艰苦和对实验结果精度要求不高的地方使用。 重铬酸钾氧化——分光光度法，灵敏度高，选择性好，准确度高，分析成本低、操作简便、快速，结果准确度和精密度较好。 电位滴定法客观可靠，准确度和精密度高，不受溶液有色、浑浊的限制，易于自动化，可大大提高分析效率。
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user: 6. 结语 土壤有机质的重铬酸钾氧化分析法测定结果准确度和精密度高，不会受样品中碳酸盐的干扰，也不需要使用特殊仪器，特别是通过不断改进加热条件和设备后，方法日趋完善，在大量样品分析中显示出其重要的价值，成为我国国标和行业测定方法，也是现今实验室广泛使用的土壤有机质分析方法，因此重铬酸钾氧化测定法值得继续深入研究。
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user: 摘 要 为定量分析低速风洞试验的安全风险，针对低速风洞试验安全评估样本量不足的实际，借鉴肯特指数法在管道风险评估的成功应用，结合低速风洞试验运行实际，通过改进风险评价模型、拟定风险指数评分原则和风险接受准则，建立了以肯特指数法为基础的低速风洞试验安全评估方法，并利用该方法对三个典型低速风洞试验项目进行了实例验证。验证表明，基于肯特指数法的低速风洞试验风险分析方法，能够通过定量分析的办法较好地评价出试验风险发生的可能性，为低速风洞试验安全控制水平的提高提供了技术支撑。 关键词 :低速风洞，风险评估，风洞试验，肯特指数法 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 空气动力学研究有理论研究、风洞试验和飞行试验三个基本手段。作为其中最为经济、效果最好、应用得最为广泛的风洞试验方法，伴随科学技术的进步，特别是测控技术的发展，在空气动力学研究领域深度和广度的扩展中，愈益发挥其重要的作用 [ 1 ] 。而风洞作为研究先进飞行器空气动力特性不可缺少的最重要试验设备 [ 2 ] ，其整个系统涉及到风洞本体、模型/支撑/天平、动力系统、测控系统以及配套的专用试验装置等，系统结构复杂，其运行安全问题一直是关注的重点。为规避风险，在基础建设、能源化工、航空航天以及信息等行业部门均采用风险评估方法来实施风险管理 [ 3 ] - [ 10 ] 。目前，广泛应用于过程工业的风险评估方法可分为定性、定量、定性与定量相结合等三大类评估方法，有故障树分析、安全检查表法、层次分析法、因子分析法和概率风险评估法等多种风险评估方法 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 。 1992年，美国1992 年美国W. Kent Muhlbauer提出了管道风险评分指标体系法 [ 16 ] 。他认为管道事故若按照概率理论进行精确计算时，由于精确计算所需样本量不够，以及计算过程必然采用大量假设，进而导致评价结果的不准确性和不可信。而肯特指数法(如图1)是通过独立分析各管道的影响因素后求取其指数和 S ( S = T + C + D + O )；再通过分析管道内物质的危险指数 M 和影响系数 N ，进而求得泄露影响指数 P ( P = M / N )；最后计算得到相对风险值 K ( K = S / P ， K 越高代表风险值越低，泄露影响系数越小) [ 16 ] 。该方法在风险打分方法上越过了定量评估中的实际概率打分，且肯特指数法中的指数包含了概率的因素，又不拘泥于确切的概率，具有比较好的说服力 [ 17 ] 。目前该评价方法成功应用于石油运输、桥梁施工和地铁工程和城市建设等方面的安全风险评估 [ 18 ] [ 19 ] 。 本文针对低速风洞试验中参试设备、人员、模型以及试验类型等多样性导致的获得事故发生时概率精确关系困难的情况，借鉴肯特指数法的思想，建立起以此为基础的低速风洞试验安全评估方法，实现定量分析低速风洞试验安全风险的目的。
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user: 2. 现有评估方法 2.1. 评价原则 采用安全检查表法，通过对参试系统的安全风险进行识别、评价，发现存在的安全弱点，从而选择合适的控制措施、实施安全管理。评估时，采用分级评估方式进行，将风洞试验风险分为技术风险(等级划分为常规、研究性和引导性三级)和安全风险(等级划分为常规、危险性和破坏性三级)；采用一票晋级制，即在评级的多项指标中只要有一项指标达到某高风险等级，即判定相关试验风险达到该高风险等级。 图1. 肯特指数法框架图 2.2. 实施步骤 低速风洞试验安全风险评估实施包括风险评估准备、项目评估和实施风洞试验风险管理等流程。其中，在风险评估准备阶段主要是确定评估目标、明确评估范围、建立评估组织和确定评估方法等。而项目评估过程是以顾客提出的试验需求作为评估起始点；随后由任务负责人设计试验方案、识别风洞试验项目的技术风险和安全风险，并在风险分析的基础上形成风险分析自评报告；然后交技术专家进行确认；最后由管理层对风险分析报告进行批准，作为试验团队实施风险管理的依据。
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user: 3. 改进方法研究 3.1. 肯特指数法的改进 改进思路是用分系统的风险概率指数替代肯特指数法中的影响因素的指数，用分系统风险损失指数替代泄露影响指数，而试验项目的风险指数为分系统中的最大风险指数。具体改进如下： 1) 将低速风洞试验安全风险分析在分系统层面上进行展开，包括风洞洞体、动力系统、试验模型、支撑系统、试验天平、控制系统、测量系统和试验装置等分系统。 2) 在各分系统上将指数分为风险概率指数和风险损失指数，而风险概率指数包括有人员、设备、材料、管理、环境和测试等六方面，改进后的指数模型见图2。 3) 在模型计算过程中，引入风险指数 A (反映风洞试验安全的大小)、风险概率指数 P (指风洞试验时发生某风险的概率)、风险损失指数 D (指风险发生后所带来的损失)、人员系数R、设备系数 S 、材料系数 L 、管理系数 G 、环境系数 H 、测试系数 C 、评定分数 F 和最低评定分数 F min 。其中，评定分数为： F = ∑ ( 单 项 实 际 评 分 × 三 级 指 标 系 数 权 重 × 二 级 指 标 权 重 ) F min = ∑ ( 单 项 最 低 定 评 分 × 三 级 指 标 系 数 权 重 × 二 级 指 标 权 重 ) 分系统风险概率指数 P ( P 是不小于1的， P 越大则风险越大)为： P = F / F min 分系统风险损失指数D为： 图1. 肯特指数法的改进 D = M A X ( D 1 ， D 2 ， D 3 ， D 4 ) 分系统风险指数 A 为： A = P × D 4) 取各分系统风险指数的最大值作为此次低速风洞试验的风险值。即 A = M A X ( A 1 ， A 2 ， ⋯ ， A n ) 3.2. 肯特指数法评分原则 1) 分系统指数权重是参考《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》和《基于肯特指数法的桥梁施工安全风险评估》，并结合低速风洞试验事故原因分析结果确定的，三级指标指数权重及定性分级评分则通过专家打分并结合以往低速风洞试验事故具体原因分析初步确定的。 2) 风险损失系数主要考虑事故的直接损失(包括人员伤亡和经济损失)、试验延误和试验影响等，将风洞试验危险等级划分四级(见表1)。 3) 将风险接收准则确定为4种(见表2)。
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user: 4. 实例验证 4.1. 试验项目选取 为检验改进的指数模型是否适用于低速风洞试验，选取了几项典型试验项目(见表3)进行验证。 4.2. 试验项目的风险指数评定 表4给出了以动力系统为例的分系统风险值评定结果，而动力系统风险损失指数结合实际取为4。 表5给出了分系统的风险指数评定汇总。通过分析评定，对常规测力试验、螺旋桨带动力试验和铰链力矩试验应分别着重关注动力系统、螺旋桨带动力试验装置和试验天平的安全；同时，对螺旋桨带动 Table 1 Hazard grade of wind tunnel tes 等级 程度 分值范围 定义(满足其中一个条件) 死亡 重伤 轻伤 经济损失 试验延误 风洞停产 I 灾难的 16 ≥1 ≥2 ≥5 >50万元 >60天 >30天 II 严重的 8 0 1 2~4 10~50万元 21~60天 16~30天 III 轻度的 4 0 0 1 1~10万元 8~20天 8~15天 IV 轻微的 2 0 0 0 ≤1万元 ≤5天 ≤7天 表1. 风洞试验危险等级 说明：当多种后果同时产生时，采取就高原则确定危险等级。 Table 2 Risk acceptance criteria of wind tunnel tes 风险等级 接受准则 风险值范围 处置原则 控制方案 I 不需评审即可接受 2~10 可实施风险管理 可开展日常审视检查 II 评审后接受 10~20 宜实施风险管理， 可采取风险处理措施 宜加强日常管理监测 III 不愿接受需决策 20~50 应实施风险管理降低风险 制定实施 安全性改进措施 IV 不可接受 >50 必须采取风险控制措施， 将风险降低至可接受水平 进行方案修订或调整 表2. 风洞试验风险接受准则 Table 3 Selecting solution of wind tunnel tes 项目 代号 项目名称 分系统说明 风洞洞体 动力系统 试验模型 支撑系统 试验天平 控制系统 测量系统 试验装置 XA 常规测力试验 近期未进行改造 电机超期服役，火花偏大；前期碳刷严重磨损 前期试验模型 特大攻角 1台，已有的 特大攻角 PXI 无 XB 螺旋桨带动力试验 新模型 5台，新研制4台 新研制带动力装置 XC 铰链力矩 试验 新模型 部件过重 10台(新研制) 无 表3. 低速风洞试验实例选取 力试验和铰链力矩试验还应关注试验模型和动力系统(风险指数大于10的分系统)的安全。 表6给出了选取的三种典型试验项目的风险评定结果。通过风险评定将常规测力试验的风险等级确定为二级；将螺旋桨动力试验和铰链力矩试验的风险等级确定为三级。 4.3. 改进效果确定 针对不愿接受的两个项目分别改进了螺旋桨带动力试验装置和铰链力矩试验天平的设备系数，进而降低风险概率指数和风险指数，最终降低试验项目风险等级。改进措施效果评定见表7。
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user: 5. 结束语 本文在改进肯特指数法的基础上，建立起的基于肯特指数法的低速风洞试验风险分析方法(两种评估方法的对比见表8)，通过从人、机、料、法、环、测等六方面较为细化地评价了低速风洞试验的各分系 Table 4 Risk assessment of the power syste 二级指标系数 权重 三级指标 系数 权重 定性分级 给定评分 实际评分 备注 min max 人员 系数 0.35 技术水平 0.4 从业资历按高级/中级/初级/学员 1 7 5 分系统从业经验按丰富/一般/无 1 7 4 人员学历按研究生/大学/中学 1 3 2 道德素养 0.3 安全意识按强/一般/差 1 5 3 操作规范程度按规范/一般规范/不规范 1 5 3 敬业精神按敬业/不敬业 1 3 2 安全防护 0.3 岗前安全培训按有/无 1 3 1 现场防护设备按齐全/基本齐全/无 1 7 4 安全设备使用按经验丰富/经验不足/无经验 1 7 4 设备 系数 0.3 使用情况 0.4 设备使用范围按规范使用/超规范使用 1 16 1 电机设计寿命20年，实际使用37年，降风速使用 设备年限按正常使用/超期使用 1 16 9 设备使用频率按经常使用/很少使用/未使用 1 16 1 与其它设备干涉情况按可忽略/轻度/严重/灾难 1 64 3 设备状态 0.4 近半年出现故障按无/小故障/大故障 1 16 7 碳刷严重磨损 设备检定的有效性按有效范围/超出有效范围 1 16 4 电机火花过大 主要设备改造情况按无/一般改造/重大改造 1 16 7 转子应急处理 安全防护 0.2 关键设备的保护措施按齐全/有缺陷/无 1 16 3 材料 系数 0.05 材料使用 0.6 材料使用按符合/基本符合/不符合技术要求 1 5 1 材料存储 0.4 材料存储按符合/基本符合/不符合规范 1 3 1 管理 系数 0.15 现场 安全管理 1 安全规章制度按齐全/基本齐全/不齐全 1 3 2 安全监督定期检查按经常/不经常/从不 1 7 1 安全管理人员按尽职/基本尽职/不尽职 1 7 1 环境 系数 0.1 现场环境 0.5 现场秩序按规范/基本规范/不规范 1 5 3 现场布局按合理/基本合理/不合理 1 5 3 周边环境 0.5 周边环境按不影响/影响不大/严重影响 1 5 3 测试 系数 0.05 测试设备 1 必要的监视测试按齐全/基本齐全/无 1 3 3 振动监视欠缺 必要的监视测试按齐全/基本齐全/无 1 3 3 分系统风险概率指数 评定分数 = ∑(单项实际评分 × 三级指标权重 × 二级指标权重) 2.70 29.50 8.75 分系统概率指数=评定分数/最小评定分数 3.24 分系统风险损失指数(结合具体试验项目和分系统的实际给出) 4 分系统风险值 = 分系统风险损失指数 × 分系统概率指数 12.96 表4. 动力系统风险值评定 Table 5 Risk index summary of sub-syste 分系统 风险概率指数 风险损失指数 风险指数 XA XB XC XA XB XC XA XB XC 风洞洞体 2.29 2.29 2.29 2 2 2 4.58 4.58 4.58 动力系统 3.24 3.24 3.24 4 4 4 12.96 12.96 12.96 试验模型 2.19 2.88 3.83 2 4 4 4.38 11.53 15.32 支撑系统 1.88 1.88 1.88 2 2 2 3.77 3.77 3.77 试验天平 1.86 2.85 3.09 2 4 8 3.72 11.42 24.75 控制系统 2.05 2.05 2.05 2 2 2 4.10 4.10 4.10 测量系统 1.50 1.50 1.50 2 2 2 3.01 3.01 3.01 试验装置 / 3.77 / / 8 / / 30.19 / 表5. 分系统风险指数评定汇总 Table 6 Risk assessment results of typical wind tunnel test project 试验项目 风险指数 最危险部位 风险等级 接受准则 控制措施 常规测力 (XA) 12.96 动力系统 II 评审后 接受 加强对动力系统的日常管理监测 螺旋桨带动力(XB) 30.19 螺旋桨带动力 试验装置 III 不愿接受 需决策 地面调试解决好螺旋桨带动力装置存在的电磁干扰大、电机漏油等问题，重新评定试验项目风险指数 铰链力矩 (XC) 24.75 试验天平 III 不愿接受 需决策 地面加载测试并降低天平与模型间的干涉问题，同时处理部件偏重问题后重新评定试验项目风险指数 表6. 典型风洞试验项目风险评定结果 Table 7 Results evaluation of improvement measuremen 试验 项目 分 系统 改进前 安全性改进措施 改进后 风险概 率指数 风险损 失指数 风险 指数 风险 等级 风险概 率指数 风险损 失指数 风险 指数 风险 等级 螺旋桨 带动力 试验 装置 3.77 8 30.19 III 通过地面调试改善电机的电磁干扰和漏油问题 1.82 8 14.54 II 铰链 力矩 试验 天平 3.09 8 24.75 III 指派经验丰富的人员参加试验，通过地面处理改善与模型的干涉问题 2.05 8 16.40 II 表7. 改进措施效果评定 Table 8 Methods comparing of risk evaluation in the low speed wind tunnel tes 项目 现有的评估方法 改进后的评估方法 风险评估方法 定性评估(安全检查表法) 定量评估(肯特指数法) 评价主体 从设备和方法上展开评价 针对各分系统从人、机、料、法、环、测等六方面展开评价 评价人员 任务负责人 试验团队(含任务负责人) 细化程度 笼统 较为细化 主观因素影响 大 较小 作用发挥 在安全评估上发挥作用 在安全评估、试验管理、人员安排和现场管控等方面发挥作用 表8. 低速风洞试验风险评估方法对比 统所存在的安全风险，克服了现有方法主观因素影响大的缺点，初步实现了对低速风洞试验安全风险的定量分析，可较好地评价出试验风险发生的可能性，为今后低速风洞试验安全控制水平的提高提供了技术支撑。同时，通过该方法的实施，可为低速风洞试验项目在试验管理、人员安排和现场管控等方面提供技术指导。下一步，将进一步改进指数权重和完善计算模型，促进该风险分析方法的推广应用。
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user: 摘 要 本研究利用开闸式盐水异重流试验及数值模拟探讨在不同盐度及底床粗糙度的影响下对异重流运动特性的影响。实验利用粒子图像测速法(PIV)和摄像机可以记录整个异重流的运动过程，异重流头部的位置和速度是主要的研究区域。研究结果显示，底床铺设泥沙在异重流运动中扮演重要的角色，增加了底床摩阻，使头部的运动速度及涡度值明显降低，而且异重流头部变钝。利用重整化群(RNG)的k-ε湍流模式模拟研究异重流头部结构，发现数值结果和实验结果吻合良好，并可利用从剖面水平流速解释异重流加速区、等速区和减速区。当底床是光滑时，在两种流体的交介面有著因为卷吸作用所造成的负向速度，也就是异重流剖面水平速度产生剧烈变化；底床泥沙的存在改变了异重流的水平速度分布，使剖面流速并未出现负向流速。 关键词 :异重流，底床粗糙度 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 异重流又称密度流，是两种或是两种以上流体因为密度的差异所产生的相对运动，主要为在水平方向的流动，该现象已经在很多地球物理学研究和工业实际中得到应用 [ 1 ] ，包括大洋海底的浊流，污染物向大气、河流、湖泊的释放等都属于异重流的实例。由于野外观测异重流需要耗费大量的人力及物力，目前多以实验室模拟的异重流研究两种混合流体的特性和流动速度 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。其中，可能最有趣的研究主要集中在异重流前端的半椭圆形部分，也就是异重流的头部。掌握了异重流头部的动力学特征和结构，这将会对头部之后流体的流动特性理解起到积极的作用。 Britter和Simpson [ 5 ] 已经利用流动显示等方法对二维异重流的头部进行过大量的研究，这些研究表明异重流的头部处于稳定状态。但是在很多实际情况中，异重流通常是不稳定的。所以随着流体的流动，前端的流速、头部的高度和长度、密度差都会不断的改变。实验室通常利用开闸式实验探讨异重流的运动，也就是把一种密度较大的流体(被隔板分隔)释放进入密度较小的流体，可以产生一种典型的异重流 [ 3 ] [ 6 ] 。当隔板移开时，头部的运动速度从零迅速地增长到一个定值。这个速度在维持一个很短的时间之后将进入衰减阶段，Huppert和Simpson给出了一个标准：当异重流的头部厚度与总水深的比值小于0.075时表明已经进入了衰减阶段 [ 2 ] 。之后，重力与惯性力相平衡，异重流进入了惯性阶段。最后第三个阶段，粘滞力远大于惯性力，头部的运动速度将会进一步的减小。 目前已经有很多利用图像分析技术研究异重流的实验 [ 7 ] [ 8 ] 。最近在测量技术上的发展已经集中在异重流的流速和密度测量。粒子图像测速法(Particle Image Velocimetry， PIV)已经被用来研究微观异重流内部的流场，例如He等 [ 9 ] 利用PIV探讨层结水体下异重流沿坡运动的流场及涡度场，彭明等 [ 10 ] 利用PIV观察异重流水平流场振荡现象与因为开闸而引起水面波动的关联性。此外，PIV与其他测量方法的联合使用已经可以同时测量流速和密度，如PIV和平面激光诱导荧光技术(Planar Laser Induced Fluorescence， PLIF)的联合使用 [ 9 ] [ 10 ] 。 大多数的研究都是在光滑底床进行的实验，很少有实验对底床摩阻的影响进行研究 [ 11 ] 。Nogueira等人 [ 12 ] 利用石英砂来创造一个粗糙底床来进行实验，他们利用图像分析技术来观察异重流的动力过程。目前的研究着重于量化头部的运动情况。本次研究通过设置不同的实验条件，来研究不同的盐度、底床摩阻以及植被对异重流头部运动的影响。
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user: 2. 实验设置 本次的隔板释放实验是在一个长2.0 m，宽0.2 m的矩形水槽中进行，隔板及水槽均由有机玻璃制成。隔板设置在离水槽右侧0.1 m的地方，在隔板右侧小区域内放入盐水，左侧大区域内放入清水，盐水的初始密度为 ρ 1 (如图1所示)。本次研究采用三个不同浓度，清水的初始密度为 ρ 0 ，两边的水深相等，均为 h 0 ，实验中水深为15 cm。在加入底床泥沙的实验中， h 0 指的是床底到水面之间的距离。在所有的实验中，都要保持初始的相对水深 h 0 / H = 1 ，其中 H 为周围流体的总水深。 盐水的密度将会在每次实验前进行测量，在每次实验前都会对实验的水温进行测量，并使用电子盐度计对盐水的密度进行测量。当隔板被迅速抽出时，密度较大的盐水将会向清水中流出，密度较大的盐水将会沿着水槽底部流动，密度较小的清水将会在盐水之上以相反的方向移动。在这个过程当中，两种密度不同的液体相互之间发生掺混，当该异重流的头部撞击到水槽的左边壁，则实验结束。为了避免光的影响使实验结果更加清晰，实验中在水槽的背面贴有遮光的黑纸，从而产生一个黑暗且均一的背景。本次实验记录由采集速率每秒400帧(Frame per second， fps)的PIV系统和每秒30帧的普通摄影机完成。实验中使用15 cm × 10 cm的标定板在每次实验前进行标定，来统一每次的实验结果，全部的实验都在无光黑暗的环境中进行。通过PIV的采集系统得到实验过程中的图像信息，然后再对所得的图像信息进行分析处理。而普通摄像机用于拍摄整个异重流的全过程。 在做完清水与盐水的实验后，为了找出底床摩阻对异重流头部运动情况的影响，本次研究分别采取在水槽底部铺上泥沙的方式实现。本次实验采用三种粒径人工砂进行实验，泥沙的粒径分别为D 50 = 2.6 mm，D 50 = 5.2 mm，D 50 = 51.2 mm，采用普通摄像机记录异重流的全过程并进行分析，之后选用D 50 = 2.6 mm的人工砂进行PIV的实验。普通摄像机泥沙实验的参数设定如表1所示。 图1. 实验水槽的示意图 Table 1 Experimental relevant parameter 组别 浓度(‰) 底床糙度(=D50) (mm) 折减重力g’ (cm/s 2 ) 1 2.1 0 2.2 2 5.0 0 4.1 3 8.0 0 6.0 4 2.1 2.6 2.2 5 5.0 2.6 4.1 6 8.0 2.6 6.0 7 2.1 5.2 2.2 8 5.0 5.2 4.1 9 8.0 5.2 6.0 10 2.0 51.2 2.2 11 5.0 51.2 4.1 12 8.0 51.2 6.0 表1. 实验组相关参数设定
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user: 3. 实验结果与分析 异重流的头部形态受到很多因素的影响，本文中考虑盐度和底床摩阻对异重流头部形态的影响。 3.1. 盐度不同对异重流头部形态的影响 3.1.1. PIV结果分析 盐度的不同会对异重流头部形态产生一定的影响，本次采用2‰和8‰两种浓度的盐水进行实验，从图2的速度矢量与涡度分布图可以看出，2‰盐水异重流头部的涡度值在7 (1/s)左右，而8‰盐水异重流头部的涡度值较大，最大涡度值则在8 (1/s)左右，可见当盐水浓度增大时，异重流头部的运动速度会显著增加，基本形态保持相同。 3.1.2. 普通摄像机结果分析 通过得到的普通摄像机影像进行分析，通过下列方程对位置和时间进行归一化，可得无量纲位置 s * 和时间 t * 。 s * = ( s − s 0 ) / s 0 (1) t * = t / t 0 (2) t 0 = s 0 / ( g ′ h 0 ) 1 / 2 (3) 式中， s 0 为闸门长度，相当于初始闸门的宽度； s 为异重流头部运动的位置距离水槽边壁的距离； g 为折减重力； h 0 为初始水深； t 为异重流运动的时间。最后在对数坐标系中画出 s * - t * 的关系图，如图3所示。从文献(例如 [ 6 ] )中得知，当 s * ≈ 9 时， s * - t * 的关系图近似于一条直线。从图3中可以看出，在对数坐标系中，三种不同浓度盐水的异重流的 s * - t * 图发展趋势基本一致，有相同的斜率。分别在 s * < 9 和 s * > 9 两种情况下对其进行线性拟合，并求得两段的斜率，发现当 s * < 9 时斜率为1.26，当 s * > 9 是斜率为0.86。 图2. 不同盐度下的速度矢量与涡度分布图(涡度值以逆时针方向为正，仅显示了涡度绝对值大于0.5的等值线) 图3. 不同盐度的 s * - t * 关系图 3.2. 底床摩阻对异重流头部形态的影响 3.2.1. PIV结果分析 底床摩阻的存在同样也会对异重流头部形态产生一定的影响，本次实验使用2‰浓度的盐水与清水进行掺混，分别在底床不铺设泥沙与在底床铺设一定厚度的泥沙，经过分析得到了两种情况下的速度矢量图与涡度图，如图4所示。当不铺设泥沙时，异重流头部的涡度值在7 (1/s)左右，而当铺设泥沙时，涡度值则在2.5 (1/s)左右。铺设泥沙增加了底床摩阻，头部的运动速度降低，涡度值明显降低，同时头部运动速度分布较不铺设泥沙的情况更加集中，底床铺设泥沙对异重流头部形态的影响比较大。从两者的形态来看，当铺设泥沙时，异重流头部变钝，涡旋表现不是很明显，厚度增加。由于有泥沙的存在，加大了底床的摩擦阻力，异重流的整体速度被减缓，整体的异重流高度降低，最大流速出现的位置降低。泥沙的存在，剖面速度的震荡过程被减弱，底床的摩阻与波动产生的水平速度相互抵消，使得震荡过程减弱，只存在一个速度峰值。 3.2.2.普通摄像机结果分析 运用和3.1.2相同的处理方法，画出三种不同粒径泥沙的 s * - t * 关系图，如图5所示。 图4. 有无底床泥沙的速度矢量与涡度分布图(涡度值以逆时针方向为正，仅显示了涡度绝对值大于0.5的等值线) 图5. 不同底床泥沙粒径的 s * - t * 关系图 从图5中可以看出，每种粒径泥沙在不同盐水浓度情况下有相同趋势的曲线。同时，对三种粒径泥沙 s * - t * 图进行线性拟合，并求得三种不同底床泥沙粒径的斜率分别为：细砂(D 50 = 2.6 mm)为1.02，中砂(D 50 = 5.2 mm)为0.89，粗砂(D 50 = 2.6 mm)为0.79。随着底床粒径的增大，斜率是在不断减小的，代表粒径越大时，异重流头部的运动速度越慢，因此底床颗粒对异重流所造成的摩擦力越大，但是减小的量越来越小，同时三种粒径的 s * - t * 图拟合直线斜率都比不含有泥沙的小。由此可知，泥沙对异重流头部的速度有一定的影响，随着泥沙粒径不断增大，对于异重流所造成的摩擦力就会增大，所以异重流头部的速度相比于光滑底床上的异重流头部速度为小，但是当粒径增大到一定程度，泥沙对其头部速度的影响将趋于不变。
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user: 4. 数值解法与计算结果分析 本文利用Fluent软件进行计算，湍流模式采用整化群(Re-Normalization Group， RNG) k-ε模式，网格为正交均匀网格，网格总数为55，200 (网格大约为0.05平方厘米)，速度及其他物理量定义在控制体的中心，时间步长为0.05秒。对上述所说的实验相同条件进行数值求解，得到数值的结果。首先，将数值结果与实验结果进行比较，作出实验过程中三种盐度条件下数值结果的图象，如图6所示。从图中可以看 图6. 不同盐度条件下实验与数值结果的 s * - t * 图 出，数值结果与实验结果比较相似，由于闸门拉动及底部磨阻的影响，两者之间存在很小的差距。由图6可将异重流的运动分为加速区(运动距离约在小于9倍闸门的位置)、等速区(运动距离约在9倍闸门的位置)与减速区(运动距离约在大于9倍闸门的位置)，以下将比较在不同区域的剖面水平流速。 图7给出异重流头部不同横坐标处水平速度分量u随深度变化的剖面图，从图中可以看出，在异重流内部存在两个高速区域，一个是靠近底床位置，呈现正向最大速度(正向定义为较重流体流动方向)；另一个在头部顶端，呈现负向最大速度。正向最大速度是因为密度差所产生的驱动力所造成的，而负向最大速度是因为两种流体交介面间的卷吸作用(entrainment)所产生的。在前一个高速区域中，u在y为约0.02 m处达到正向最大值；在后一个区域中，u在y为约0.08 m处达到负向最大值。在九个闸长之前的区域(s * = 10)，我们可以观察到头部后端的速度峰值比前端的速度峰值大，表明异重流在此区域内运动时后端提供足够的动能使异重流加速推进(如图7(a)，例如x = 0.65及0.67米处的最大速度比x = 0.62米处大)。在s * = 10处，异重流受到底床的阻力影响渐渐驱近于等速运动(如图7(b))。当异重流运动到远离9倍闸门的位置，此时头部后端的速度峰值不再大于前端的速度峰值(如图7(c))，也就是后端无法提供足够的动能来驱动异重流继续前进导致异重流头部速度减小。通过数值模拟的速度剖面分析，异重流的运动可区分为：加速区、等速区与减速区，此运动型态与文献和实验结果符合。 然后，通过改变底床的糙率来模拟含有泥沙情况下异重流的发展过程，将数值结果与实验结果进行比较，作出在5‰盐水浓度条件下数值结果的 s * - t * 图象，如图8所示。从图中可以看出，数值结果与实验结果比较相似，由于闸门拉动及底部磨阻的影响，两者之间存在很小的差距。图9给出异重流头部不同横坐标处水平速度分量u随深度变化的剖面图，从图中可以看出，在含有泥沙的情况下，剖面速度都有了明显的减小，但是也会存在加速区、等速区和减速区，这与实验结果是相符的。和之前情况不同的是，含有泥沙时，剖面速度都会在靠近底床的地方发生突变，越往水表面靠近，速度越小，说明泥沙压缩了异重流头部的高度，而且减缓了异重流的运动速度，而且缺少了不含泥沙情况下剖面流速的震荡过程，与之前所得到的实验结果相同。
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user: 5. 结论 盐水的浓度对异重流头部的形态影响很小，但是随着盐水浓度的增大，异重流头部的运动速度会有 图7. 光滑床面的异重流速度剖面图：(a) 在9倍闸门之内s * = 7 (加速区)；(b) 在9倍闸门时s * = 10 (等速区)；(c) 在9倍闸门之外s * = 13.1 (减速区) 图8. 5‰盐度条件下含有泥沙底床实验与数值结果的 s * - t * 图 一定程度的增大。底床铺设泥沙增加了底床摩阻，头部的运动速度降低，涡度值明显降低，同时头部运动速度分布较不铺设泥沙的情况更加集中。从形态上来看，当铺设泥沙时，异重流头部变钝，涡旋表现 图9. 粗糙床面的异重流速度剖面图：(a) 在9倍闸门之内s * = 7 (加速区)；(b) 在9倍闸门时s * = 10 (等速区)；(c) 在9倍闸门之外s * = 13.1 (减速区) 不是很明显，厚度增加。随着泥沙粒径不断增大，影响程度不断变大，但是当粒径增大到一定程度，泥沙对其头部速度的影响将趋于不变。底床铺设泥沙对异重流头部形态和速度的影响较大。利用PIV (粒子图像测速法)可分析异重流头部速度及涡度分布情形，可用在未来决定掺混系数。利用整化群k-ε模式湍流模式进行数值运算，其结果与实验结果基本吻合，同时可以从剖面水平流速的角度解释，异重流加速区、等速区和减速区，在两种流体的交介面也存在因为回流所造成的负向速度，即存在速度的剧烈变化；底床泥沙的存在改变了异重流的水平速度分布，使剖面流速并未出现水平负向速度。
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user: 摘 要 本文介绍了一种利用慢沙过滤(SSF)技术来净化饮用水的低成本家用净水装置，该装置具有成本低、出水量多、出水水质好、可靠性高、占地面积小、无需供电、不用投药、操作维护简单及安装方便等特点，特别适合于山区、牧区、农村等缺少饮用水净化处理设备的家庭使用，也为水质较差的地区提供了一种合适的饮用水净化处理方法。 关键词 :低成本，慢沙过滤，饮用水，净水装置，家庭使用 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 在我国中西部广大缺水的农村地区，由于受到人口居住分散、地理位置偏远、经济水平较低等各种因素影响，饮用水的安全问题一直以来都十分严峻 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。虽然许多地区通过母亲水窖工程、人畜饮水工程、农村饮水解困工程等工程性措施解决了水源有无的问题，但由于这类工程并不具备净化水质的功能，因此并没有从本质上解决农村饮用水水质安全的问题 [ 4 ] [ 5 ] 。市面上虽然有大量的成套净水装置，但由于受到价格、使用条件、使用寿命及操作维护等各方面条件的限制，无法在广大农村地区推广使用，因此寻找一种简单实用、经济性好、适合于农村家庭使用的净水装置就成了解决农村地区饮用水水质安全问题的当务之急 [ 6 ] [ 7 ] 。 美国普渡大学教授Chad Jafvert及其团队根据这一情况，结合水力学、物理化学和材料学等各学科特点，通过大量实验，发明了一种适合于偏远地区使用的低成本净水装置，该装置利用慢沙过滤(Slow Sand Filter， SSF)原理，可过滤混浊原水中绝大部分的悬浮物和胶体，经过这套装置过滤后，混浊原水中的肉眼可见物几乎全部被去除，浊度大幅下降，饮用水水质有很大的提高。通过对哥伦比亚、肯尼亚和坦桑尼亚的农村地区进行的大量验证性实验，结果表明这套装置非常适合在没有饮用水净化处理设备的农村家庭使用，其最大的特点是成本非常低廉，整套装置成本不超80元RMB，适合贫困地区家庭使用，另外该套装置还具有出水量多、出水水质好、可靠性高、占地面积小、不需供电和投药、操作维护简单、安装方便等特点，非常适合在没有饮用水净化处理设施的农村地区推广使用。 2015年6月，青海师范大学低成本水净化项目组与美国普渡大学Chad Jafvert教授合作，对青海省西宁市周边农村地区进行了前期考察，并选定互助县东山乡吉家岭村作为低成本净水装置的验证点。通过对用户的走访调查及水样对比分析实验，结果表明这种净水装置也同样适合在我国没有饮用水净化处理设施的农村地区使用，现简要介绍这种净水装置。
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user: 2. 净水装置简介 2.1. 净水装置原理 颗粒状固态滤料，如大小不等形状不均的沙石、石英沙和沙粒等，因为其本身具有较大的比表面积，所以当水流过颗粒状固态颗粒时，水中所携带的悬浮物、胶体、甚至是溶解性物质等杂质都被截留在颗粒状固态滤料的表面和内部，能起到过滤和净化水质的作用，也正因为如此地下水在运移的过程中由于水中杂质受到沙石颗粒的过滤，水质普遍较好。 基于同样的原理，在集中供水常规处理工艺流程中的普通快滤池也是利用石英沙或沙粒所拥有的巨大表面积对原水中所携带的杂质进行过滤，以达到净化原水的目的，但由于这种快滤池的过滤速度较快，同时因为连续运行，沙层表面和内部会很快的蓄积各种杂质，导致水力条件发生改变，水头损失逐渐增大，此时就需要对沙层进行反冲洗，以使其重新恢复到正常工作状态。如若将普通快滤池的过滤速度减慢，同时去掉反冲洗等附属设备，则快滤池就变成慢滤池。慢滤池的特点是过滤速度很慢，同时在过滤初期存在一个成熟期(一般为一周左右)，在成熟期内，过滤出来的水由于冲洗了尚不太干净的沙粒，所以含有很多杂志，肉眼看上去比较混浊，经过成熟期之后，慢滤池内的沙粒已经被水冲洗干净，这时过滤出来的水才较为清澈。另外在成熟期内，沙层表面会形成一层具有粘性的滤膜(主要组成是藻类、原生动物等微生物)，这层滤膜填充在松散的表层沙粒空隙之间，可以过滤和粘附悬浮物、胶体和一部分溶解性有机物，另一方面，滤膜内的微生物可以氧化分解一部分溶解性有机物，进而起到净化水质的作用。除此之外，慢滤池也能很好的去除细菌、病毒、臭味和色度 [ 8 ] ，出水浊度一般小于1 NTU [ 9 ] ，一般情况下出水水质很好，可直接饮用 [ 10 ] 。但慢滤池的缺点也很明显，滤料容易堵塞，需要频繁的更换或清洗表面沙层，劳动强度大，占地面积大，这些是慢滤池发展受限制的主要原因。 本文介绍的低成本净水装置利用慢滤池对原水中的杂质有较强的去除能力这一特点，用粒径较小的沙粒来模拟沙层，让原水缓慢的流过沙层，一方面利用沙粒巨大的比表面积和表层所形成的滤膜来过滤和粘附水中的杂质，另一方面利用工作间歇时间，使表面沙层滤膜内的微生物氧化分解一部分溶解性有机物，从而达到净化水质的目的。其处理工艺和过程也可以看作是慢滤池的精简版，只不过不同的是慢滤池是连续运行，而该装置则是间歇性运行。该装置在设计之初是以处理单个家庭一日所需的饮用水量来作为工作负荷，因此该装置的工作负荷相比起慢滤池来说是很小的。在正常工作状态时，沙粒和滤膜对原水中的杂质进行过滤和粘附，使悬浮物、胶体和溶解性有机物等杂质停留在沙层内部，在工作间歇，利用滤膜中存在的各种微生物对沙层中所粘附的溶解性有机物进行氧化分解，这样该装置始终处在过滤粘附-氧化分解-过滤粘附的循环之中，再加上其较低的工作负荷，使沙层堵塞的周期大大延长，因此该装置既省去了普通快滤池所必须的反冲洗步骤，也无需像慢滤池一样频繁的更换表面沙层，大大简化了饮用水处理的工艺和流程，提高了设备的可靠性，并降低了造价。 2.2. 净水装置的组成、材料及安装 该净水装置由上下两个桶叠加组成，详见图1和图2，每个桶的容量为18~20 L左右，材质为PP塑料，上桶须在桶壁上部外沿钻一个直径大约1.3 cm的孔，安装环形橡胶密封圈，下桶亦是如此，只是下桶的桶壁外沿上需另外钻一个孔，以方便上桶中的塑料软管插入。每个桶中装有大量洗净的沙子(沙子粒径介于0.35~1.2 mm之间，图2中黄颜色部分。较小的沙子粒径可增加对细菌的去除效果 [ 11 ] )，沙子底部埋有一块pp塑料面板和塑料三通管一个，塑料面板被一层pp材料构成的多孔材质网(网格需小于0.25 mm，以保证沙粒不会进入网内部)包裹，用直径1 cm的食品级塑料软管连接底部三通管引出至桶外。将2个塑料桶盖上桶盖，叠加安放到一起，用一根塑料软管和三通将2个桶连接到一起，净水装置便安装完成。另取2个4 L塑料小桶，其中一个作为收集经该装置处理过的干净饮用水，另外一个小桶的作用是向该装置中灌入原水。在上桶中沙粒上层再放置一个塑料碟子，以保证灌水时水流不会冲击破坏沙层。整套净水装置中所有塑料均为食品级pp塑料，之所以采用pp塑料是因为其无毒、无臭、无味，化学稳定性好，耐热性较高，可在110℃下连续工作，并且对水特别稳定，是食品级塑料的首选。 图1. 低成本净水装置实物图 图2. 低成本净水装置结构图 2.3. 净水装置的使用及维护 初次使用时，由于桶中沙粒并未彻底清洗干净，还残存有一些杂质，因此需要按照以下方法将沙粒冲洗干净：首先用4 L的小桶将原水倒入上桶，连倒3桶即12 L，随即经过处理的水就从下桶软管处流出，但由于是初次使用，沙子并未彻底清洗干净，出水中含有大量杂质，且水质较为混浊，因此不能作为饮用水，可将此水重新倒入净水装置中，也可另取原水倒入，但需间隔8 h后重新将3小桶，即12 L原水灌入，再间隔8 h后重新灌入3小桶原水。因此在初次使用时该装置一天可最多接受灌水3次，用于清洗沙粒中的杂质，待1~3天后，出水会逐渐变的清澈(具体时间由沙粒干净程度及原水水质而定)，此时该装置沙粒清洗完毕，装置即可正式投入使用。 投入使用后，净水装置的灌水间隔仍是8 h，即一天3次，但每次可将6小桶即24 L原水灌入，约0.5h后可产生24 L清洁饮用水(净化效果见图3)，8 h后又可将6小桶即24 L原水灌入，约0.5 h后又可 图3. 净化后的水(左侧)与原水(右侧)对比 产生24 L清洁饮用水，这样一天可产生约72 L的饮用水，足以满足农村家庭一天的饮用水量。使用时严禁连续多次向净水装置中灌入过量的原水，一般应尽量间隔较长的时间，可采取晚上睡前灌入24 L原水，待第二天早晨再灌入24 L原水，等至下午后再灌入24 L原水，以间隔8 h作为该净水装置的工作频率，即可保证沙粒中的微生物有充足的时间来氧化分解水中的溶解性有机物。 净水装置平常应将桶盖盖上，以避免阳光照射沙粒滋生藻类，但净水装置在使用几年以后(具体时间随原水水质及工作条件而变)，表层沙粒上会产生一层绿色藻类，这时可将这层含有藻类的沙粒取出，重新灌入新的沙粒，或者将含有藻类的沙粒在水中清洗干净后再重新放入桶中，按照初次使用方法重新冲洗沙粒，即可重新投入使用。净水装置夏季使用时应安置在荫凉处，尽量避免阳光直射桶体而导致发生塑料变脆、开裂等现象。冬季使用时应放置在室内，防止净水装置内部余水结冰而对净水装置造成损害。
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user: 3. 验证点当地情况及生活用水简介 选取青海省互助县东山乡吉家岭村作为验证点，从该村150户家庭中选取3户家庭作为验证实验家庭。互助县东山乡位于青海省东部，互助县中部，距互助县政府驻地15千米，人口1.1万，民族以土族为主，土族占该地区总人口的75.6%，东山乡面积为85.5平方千米，地形主要以山区丘陵为主。吉家岭村地理位置位于N：36˚41'6''，E:101˚57'10''，海拔2688 m，全村150户，约500人左右，主要种植的农作物为小麦、油菜和土豆，村民的主要收入以打工和种地为主。 吉家岭村饮用水全部依靠每户庭院中修建的母亲水窖，这种水窖能收集雨季时落在庭院中的雨水，并储存起来作为生活饮用水。但由于受各种因素影响，窖水的水质普遍较差 [ 4 ] ，又因雨水在水窖中储存时间较长，容易滋生细菌 [ 12 ] ，外地人饮用当地水窖中的水，常会发生腹胀、腹泻。另外储存在水窖的雨水虽然经历长时间的沉淀后悬浮物质逐渐下沉至水窖底部，但取水时产生的扰动(例如水泵抽水、水桶提水)又将已经沉淀的悬浮物质重新泛起，取出的水中经常观察到肉眼可见物，部分水窖中的原水颜色呈浅黄色。当水窖中的雨水用完后，只得依靠拖拉机前往远处的一眼山泉，运来泉水后注入水窖，但花费较大(一次运水约1 t，花费30元，可满足三口之家约10天的用水量)，且泉水的口感也并不是很好。