DEA模型的“动态”规模收益分析与数据挖掘

仅重复使用一个"交形式"的生产可能集,利用"动态"规模收益评价方法来对海量的经济数据进行研究、挖掘,不但可以了解这些海量数据的当前规模收益状况,还可以给出其投入增大或缩小时的规模收益状况.研究是对DEA模型应用领域的拓展,也是对数据挖掘领域的补充.     

Using aggregation to optimize long-term production planning at an underground mine

Motivated by an underground mining operation at Kiruna, Sweden, we formulate a mixed integer program to schedule iron ore production over multiple time periods. Our optimization model determines an operationally feasible ore extraction sequence that minimizes deviations from planned production quantities. The number of binary decision variables in our model is large enough that directly solving the full, detailed problem for a three year time horizon requires hours, or even days. We therefore design a heuristic based on solving a smaller, more tractable, model in which we aggregate time periods, and then solving the original model using information gained from the aggregated model. We compute a bound on the worst case performance of this heuristic and demonstrate empirically that this procedure produces good quality solutions while substantially reducing computation time for problem instances from the Kiruna mine.     

Advances and challenges of electrokinetic dewatering of clays and soils

The development of electrokinetic dewatering technologies for clay and soil materials has steadily advanced for over 100 years. A review of the origins, important contributions, and recent work on the topic are presented. Research into the electrokinetic mechanisms have informed the design process and resulted in prototypes and pilot-scale implementations that are economically viable additions to current processes. The power demand and availability of dimensionally stable anode materials are the current challenges to industrial adoption of electrokinetic dewatering.     

Antimony distribution in soils and plants near an abandoned mining site

A study about antimony distribution and mobility in soils located in the surroundings of an abandoned mining site is carried out. The mineralogical composition of the soils is obtained, and the samples classified into three groups attempting to correlate antimony level and behavior with the main mineral phases present. The total antimony concentrations are measured (5-40 mg kg⁻¹), and mobility of the metalloid is assessed by using selective extractants. Maximum mobility is obtained when extracting with a reducing-complexing medium which, taking into account the characteristics of the zone, means antimony availability to plants should be low. This is verified by analyzing both roots and leaves of vegetation growing in the area. The maximum level present in the leaves is 1.5 mg kg⁻¹ dry matter, but most of the samples show antimony concentrations below 0.5 mg kg⁻¹. The results indicate that plants represent an effective barrier to antimony that is incorporated only in small proportions, and so the risk posed to biota is low.     

电感耦合等离子体质谱法研究云南某矿区周边不同样品中砷污染水平和风险评价

砷(As)污染不仅会影响土壤肥力和作物生长,而且还会通过空气、土壤、水和食物等途径暴露于人类,对人体健康产生重大威胁。矿产开采是As环境问题产生的重要来源之一。本文选择云南省某开采历史悠久的铅锌矿区周边9个村落(S₁—S₉)为研究区域,以20 km外的县城(S₁₀)为对照区域,采集了76份土壤、306份农作物和86份人发,利用微波消解对样品进行前处理,通过控制酸用量、温度和持续时间三个变量得到不同样品的最佳消解方案,并采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定各样品中As含量,以探究多介质中As污染水平并对人体暴露和健康风险进行评估,对当地矿产资源开采引起的As污染提出防治或改善建议。结果表明：(1) 经微波消解前处理后获得的土壤、农作物和人发样的As检出限为0.01~0.12 μg·L-1,回收率分别为92.43%~112.23%,97.88%~114.72%和91.44%~109.65%,相对偏差小于5%,结果令人满意。(2) 土壤中As的平均含量为70.66 mg·kg-1,是云南土壤背景值3.84倍。参照GB 15618—1995《土壤环境质量标准》二级标准和单因子污染指数结果,农田土壤受As污染为中度污染;在S₁采样点As含量最高,这可能与矿区多年开采、冶炼和运输密切相关。农作物样品中,块茎类蔬菜的As平均含量为1.75 mg·kg-1,其次叶菜类为0.77 mg·kg-1,玉米和根茎类蔬菜分别为0.52和0.51 mg·kg-1。参照我国《食品中污染物限量》标准,研究区域的农作物样品中As含量超标率为80.64%。(3) 采用风险评价指数(HI)、总致癌风险(TCR)、目标危害商数(THQ)和致癌风险(CR)对研究区域As通过多暴露途径对暴露人群产生的致癌风险和非致癌风险进行评价和分析。结果表明,土壤和农作物中As对成人和儿童的非致癌风险总和分别为1.13~1.20,为不可接受风险,而致癌风险均在10-3水平,大于美国环保局(USEPA)推荐的最高接受水平10-4 ,研究区居民有较大的致癌风险。饮食摄入是As主要暴露途径,研究区人群食用蔬菜的致癌风险均超过10-4,且儿童的总致癌风险高于成人。鉴于矿区周边蔬菜受As污染的高风险,我们建议当地居民可以通过外地食物的输入来规避当地As污染带来的健康风险,也可以考虑在污染的耕地上种植食用部位不易积累As的农作物来替代原有作物以减小As污染带来的危害。(4) 矿区人发中As含量均显著高于县城(S_{20 km}, p<0.05)。其中矿区居民头发As平均含量 (0.97 μg·g-1) 是县城发As含量 (0.22 μg·g-1)的4.41倍,超出卫生部推荐发As标准值(0.6 μg·g-1)。矿区男性发样As含量高于女性,随着年龄增长,矿区人发样中As含量水平呈现第二年龄组(Group Ⅱ, 19～40岁)高于第三年龄组(Group Ⅲ, ≥41岁)的趋势。这是因为处于19～40岁的男性是采矿冶炼等活动的主要参与者,是As的易感人群,具有较高的As暴露风险。(5) 本文为矿区多介质的As污染研究和居民人体健康风险暴露和评估提供有力的依据。     

矿业废弃地重构土壤重金属含量高光谱反演

矿产资源对工业和国民经济的发展有重要的作用,但是随着矿业开采规模的扩大,资源枯竭、经营不善而形成的矿业废弃地越来越多。由于长时间受到采矿的影响,矿业废弃地土壤中存在大量的重金属元素,高浓度重金属可能会对环境和人体产生影响。土地复垦是整治污染、退化土壤再利用的重要方法,对重构后的土壤进行重金属含量检测是衡量土地复垦成效的重要指标,需要长期进行跟踪监测。传统的化学检测方法效率低、成本高、无法实现重金属大范围检测。高光谱是一种新兴的、发展潜力巨大的技术,在环境保护,资源利用,区域可持续发展等方面有着广泛的应用。经过近几十年的快速发展,仪器精度逐渐提高,检测方法逐渐成熟,为实现土壤重金属高效、便捷检测提供了可能。正常土壤重金属含量一般相对较低,采用光谱测量重金属含量较为困难,但铁矿开采区矿业废弃地由于土壤中的铁元素较多,会使土壤中的重金属的存在和聚集形式发生变化,影响重金属对光谱的响应,从而使土壤光谱反射率与重金属含量之间关系更加明显。以湖北省大冶市复垦矿区研究区,采样化学检测方法获取土壤重金属（As,Cr,Zn）含量;借助于美国ASD公司生产的FieldSpec4地物光谱仪（350～2 500 nm）获取土壤反射率,应用一阶微分、倒数对数、连续统去除法分别对反射率曲线进行预处理,提取出光谱特征波段,分析三种重金属元素与光谱特征间的相关性并建立逐步回归模型。研究表明,光谱数据预处理可使光谱特征波段更加明显,其中一阶微分和连续统去除法的效果最为明显。3种重金属元素的特征波段为495,545,675,995,1 425,1 505,1 935,2 165,2 205,2 275和2 355 nm。将土壤重金属含量与光谱特征波段之间做相关性分析,三种重金属都表现出了与光谱曲线的相关性,相关系数大部分都达到了0.5以上,最大相关系数为0.663,由于重金属种类和预处理方式的不同会导致相关性系数存在明显的差异。利用与土壤重金属相关性最大的特征波段建立三种重金属反演模型,并以反演模型r大小选择每种重金属的最优反演模型。由于重金属种类的不同,模型的选择也有差异,Cr和Zn一阶微分逐步回归为最佳反演模型,重金属As连续统去除法逐步回归为最佳反演模型。通过检验,三种重金属中Cr反演效果最好,RMSE为2.67,其次是Zn和As。对比当前不同检测手段可知,基于土样和光谱数据预处理的土壤重金属含量地物光谱仪高光谱反演是比较理想的。可为矿业废弃地土壤重金属高光谱反演提供参考。     

北京市戒台寺滑坡发生发展机理研究

戒台寺滑坡位于北京市门头沟区马鞍山的北麓,马鞍山背斜的北翼,组成边坡的岩性较为软弱。由于多期构造运动的影响,岩体中裂隙发育,岩体结构破碎,风化卸荷严重。边坡为顺倾结构,边坡中顺倾坡外的软弱夹层、软弱结构面及断层发育,它们分别为边坡的滑动提供了滑动面和切割面的作用。由于边坡中岩层倾角大于边坡的坡度,因此并没有剪出的临空面,只是一个受特定边坡结构控制的蠕变体。但是近年来在胜利煤矿和石厂煤矿的大规模采掘Ⅳ级平台山梁下煤层影响下,形成采空移动盆地,造成Ⅳ级平台山梁整体塌陷,客观上为蠕变体提供了变形空间,引起戒台寺SN向山梁Ⅰ～Ⅲ级平台坡体依附于断层破碎带或软弱夹层的松弛,导致各块坡体沿软弱结构面向临空产生蠕动和滑动。采石场大药量爆破的地震波的频繁作用影响,使坡体内的构造结构面扩展松弛张开,表水易于下渗,岩体强度及变形特性显著降低,斜坡稳定性对降雨入渗的敏感性显著提高,最终导致了蠕变体变形的加速。     

在线采样技术在中国的发展

在线采样技术能实时采样,满足在线监测的采样要求。按照采样进样介质的不同分为气体、液体、固体三类。对气体中有毒气体、大气颗粒物、VOCs,液体中水样、原油,固体中煤的机械化采样技术进行了概述,旨在帮助了解在线采样技术在国内矿业、环境行业的发展和应用。随着5G时代的到来,在线采样技术一定会发挥越来越重要的作用。