2020年, 第38卷, 第11期　刊出日期：2020-06-13

  

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  封面图片说明：加快形成能源-水-环境系统可持续发展

  科技导报. 2020, 38(11): 0-0.

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  21世纪是人口快速增长、经济高速发展、城市迅速扩展的时期，水资源和能源的需求也持续增长。煤炭、石油等化石能源的生产、转化，水利、电力、核能发电的过程，生物质燃料、页岩气等新能源的开发，都需要耗费大量的水资源。
卷首语
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  新形势下水污染防治要遵循新战略

  钱易

  科技导报. 2020, 38(11): 1-1.

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  水资源是人类生产、生活、乃至生命中不可或缺的重要资源。但工业革命以来，世界各国先后出现严重的水污染，大大加重了水资源短缺的问题，并对人类和生物造成了严重的健康危害，中国也不例外。
智库观点
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  中国大科学装置发展现状及国外经验借鉴

  西桂权, 付宏, 刘光宇

  科技导报. 2020, 38(11): 6-15. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.001

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  大科学装置是基础研究的重要实验条件，不同于一般的科研装置和基建设施，在管理上有特别严格的要求。通过阐述大科学装置的基本属性、分类和特点，总结了中国大科学装置发展现状。运用案例分析法和对比分析法，对美、德、法等发达国家大科学装置的建设开发、管理运行、经费保障、开放共享服务以及评估评价机制等进行了分析。在此基础上，提出了促进中国大科学装置发展的建议。
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  推动科技融合发展 齐力构建创新型国家——20年来澳门与内地科技合作的回顾与建议

  陈朋亲, 谢宝剑, 张潇

  科技导报. 2020, 38(11): 16-25. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.002

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  澳门回归20年来，与内地科技合作经历了自发性、政策性到全面性合作阶段，形成日益紧密的合作关系，为两地繁荣发展提供了重要动力。回顾了澳门回归20年来两地科技合作的特点，总结了深度合作的挑战，提出了发展两地科技合作的建议：积极做好“一带一路”的“精准联系人”角色；融入粤港澳大湾区科创中心大局；发挥“财政盈余”优势，优化科创设施环境；优化“中葡平台”转型升级，促进国际科技转移；鼓励澳门青年走出“舒适区”，北上创业。由此促进两地科技融合发展，齐力构建创新型国家。
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  美国人工智能研发战略计划2019更新版重点及启示

  王迎春, 李辉, 杨丞磊, 张朝云

  科技导报. 2020, 38(11): 26-30. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.003

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  美国《国家人工智能研究和发展战略计划： 2019更新版》反映了美国政府和业界对人工智能最新发展的战略判断，是美国推进人工智能前沿研发的纲领性文件。研究了美国人工智能研发战略计划2019更新版对其原有战略方向的转变、提出的新的战略方向，分析了值得关注和研究应对的几个战略方向，提出了中国推进人工智能发展和开展国际合作的对策建议。
专题：能源-水-环境系统可持续发展
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  中国适宜发展生物液体燃料的边际土地资源分析

  付晶莹, 杜金霜, 江东, 王娣

  科技导报. 2020, 38(11): 31-40. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.004

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  在能源短缺和环境污染压力日益紧迫的背景下，生物液体燃料以其清洁、低碳、可再生性逐渐成为重要的替代能源之一。中国人多地少，在边际土地上种植非粮能源作物是发展生物液体燃料的有效途径。以中国生物液体燃料的3种主要原料作物（燃料乙醇原料甜高粱、木薯和生物柴油原料油菜）为研究对象，利用多因子综合分析法和动态阈值法评估适宜其发展的边际土地（包括宜能荒地和冬闲田）资源量并探究优化发展模式，为合理规划能源植物种植和产业布局提供数据支持。研究结果表明： 2015年，中国适宜甜高粱和木薯种植的宜能荒地面积分别为3463.67万ha和1232.82万ha，适宜油菜种植的冬闲田面积为1995.16万ha；在优化发展模式下，中国适宜生物液体燃料原料作物种植的边际土地面积可达5997.71万ha。
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  中国废弃矿山地下抽水蓄能电站技术要点与可行性分析

  郗富瑞, 张进德, 王延宇, 颜瑞雯

  科技导报. 2020, 38(11): 41-50. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.005

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  为应对全球气候变化、化解资源环境危机，中国需推进能源结构调整与优化，逐步提高可再生能源开发利用比例，加快解决可再生能源存储的瓶颈问题。中国废弃矿山数量巨大，利用废弃矿山遗留下来的大量地下空间建造抽水蓄能电站为中国可再生能源存储提供了新的思路。基于德国利用废弃金属矿山和煤矿地下空间建造地下抽水蓄能电站的实例，从岩石力学、矿山规划、机械构置、能源系统规划、法律、环境影响以及经济性等方面深入探讨了中国利用废弃矿山建造地下抽水蓄能电站的相关评价原则与技术要点，并进一步提出了中国废弃矿山地下抽水蓄能电站研究的基本方向和主要内容。
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  适用于可持续认证的生物质能温室气体排放核算方法

  付萌, 常世彦

  科技导报. 2020, 38(11): 51-59. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.006

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  能源领域可持续认证标准要有温室气体（greenhouse gas，GHG）排放核算方法作为支撑。中国尚未开发适用于生物质能可持续认证的GHG排放核算方法。本文梳理了GHG排放核算的一般方法，基于国外生物质能可持续政策要求与认证标准的相关方法学，识别出核算方法的关键要素。在对中国研究层面生物质能生命周期GHG排放核算不同认识进行梳理和讨论的基础上，提出了适合于中国可持续认证的核算方法的建议。
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  内蒙古自治区未利用土地可再生能源潜力评估

  江东, 王娣, 付晶莹, 杜金霜

  科技导报. 2020, 38(11): 60-69. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.007

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  内蒙古自治区的可再生能源丰富，在中国未来可再生能源发展版图中具有重要地位。结合空间分析技术和多准则分析评价方法，对内蒙古十二盟市未利用土地上的生物液体燃料、风能发电和太阳能发电资源潜力进行评估，并给出协调发展3类能源的空间布局建议。研究结果表明：阿拉善盟由于未利用土地面积较大，具备3种可再生能源同时进行资源开发的潜力；针对甜高粱燃料乙醇，除阿拉善盟外，鄂尔多斯市也具有较大的可开发潜力；对于风电开发，可优先考虑巴彦淖尔市和乌海市；光伏发电发展应聚焦在阿拉善盟和锡林郭勒盟。
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  区域能源-经济-环境系统耦合协调演化特征——以宁波市为例

  曹成龙, 殷艺桐, 林刚, 黄诗棋, 高明

  科技导报. 2020, 38(11): 70-77. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.008

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  人类社会可持续发展的关键是实现能源、经济和环境3个系统之间的协调发展，对3者之间协调状况的定量分析，是本领域的核心问题之一。宁波市经济发展迅速，已成为中国“万亿俱乐部”的新成员，以宁波市为例，建立了能源-经济-环境（3E）系统的指标体系，分析了宁波市及其各个县市区的能源、经济和环境系统的发展水平，并通过耦合协调度算法计算了3个系统之间的耦合协调性。结果表明宁波市经济发展过程中3个系统的耦合协调性呈不断增加的趋势，整体处于一种良好的、可持续的发展状态。
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  农业用地优化决策的食品-能源-水关联评价方法

  聂亚玲, 肖炘, 曾玉娇, 朱闽, 陆冬云, 李杰

  科技导报. 2020, 38(11): 78-88. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.009

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  农业用地系统优化决策旨在通过统筹食品-能源-水（FEW）和用地资源、经济投入以及环境可持续发展问题，在满足生产需求的基础上，实现节能增效等多个优化目标。目前，以FEW全生产要素为主开展实际食品-能源-水关联（FEW-N）的农业用地系统研究，尚缺乏能够全面量化评估不同决策影响的系统性评估指标。针对此现状，从资源合理利用角度出发，在中国山东省选择相关区域为典型研究对象，开展农业用地系统多目标优化和评估研究，以实现资源利用效率最大化和投入产出比最高为系统目标，提出一套系统多目标优化方法和综合评估指标，以实现用地和FEW资源配置的系统折衷最优。研究结果显示，以双线性整合方式为基础构建的FEW-N综合度量指标不仅能够高效求解多目标优化问题，获得系统折衷最优的用地和资源配置方案，还可以通过可视化方式对不同方案进行量化评估，提供决策依据。
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  基于碳排放约束的山东省沿海城镇带能源发展多目标优化决策

  张珣, 扶昭, 林刚, 张迎春

  科技导报. 2020, 38(11): 89-97. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.010

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  针对能源发展中的高能耗问题和碳排放问题，以山东省沿海城镇带为研究区域，将二氧化碳排放因子纳入能源消费结构优化之中，采用多目标规划的方法构建了以碳排放成本最小、能源消费产生的污染物治理费用最小为目标函数，以经济发展规划、能源消费总量、能源消费结构及碳排放量为约束函数的山东省沿海城镇带能源消费结构多目标优化模型。研究区2035年的能源发展多目标优化结果为：煤炭消费量占能源消费总数下降为36%；油类能源消费量占能源消费总数的17%；天然气消费量占能源消费总数的25%；清洁能源占能源消费总数的比例提高到22%，各项指标均满足山东省能源消费的多个目标和约束。同时，针对山东省沿海城镇带低碳情景下的未来发展，提出了加快能源供给侧和能源消费侧的结构性改革、实施清洁能源和电能替代等建议，以加快转变高耗能生产方式，促进经济结构优化升级，实现节能减排、低碳环保的可持续发展。
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  辽宁省重点钢铁企业碳排放与配额分配分析

  张文凤, 郗凤明, 王娇月, 邴龙飞, 尹岩, 常莎莎, 韩耀鹏

  科技导报. 2020, 38(11): 98-106. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.011

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  钢铁行业能耗大、碳排放高，是碳交易市场建设的重要参与者。分析辽宁省重点钢铁企业的碳排放核查数据发现，2013—2017年辽宁省重点钢铁企业主营产品粗钢产量为5465.49~5876.37万t；辽宁省重点钢铁企业纳入碳排放权交易体系的碳排放总量为10046.39~12468.14万t，碳排放强度呈下降趋势。从碳排放类别看，化石燃料燃烧产生的碳排放量最多，占企业总排放量的80%以上，其次是净购入电力、热力使用产生的碳排放量，约占13%。从不同工序看，炼铁工序碳排放量最大，平均占比40.82%，且呈明显下降趋势，其他辅助工序碳排放呈大幅度上升趋势。企业碳排放总量和总能耗均与主营产品产量呈显著线性正相关关系。以2017年辽宁省钢铁行业碳排放量为基础，发现纳管的15家企业的配额总量约为10700.51万tCO₂，总体表现为配额盈余。
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  “三生”空间格局演化“碳流”分析——以唐山市为例

  林刚, 江东, 付晶莹, 曹成龙, 李祥, 李增, 黄诗棋

  科技导报. 2020, 38(11): 107-114. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.012

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  生产空间、生活空间和生态空间（“三生”空间）碳代谢分析研究，对实现区域“三生”空间要素整合和结构优化具有重要的科学意义。以唐山市为例，通过构建显性“碳流”模型和生态网络效用分析方法，定量化跟踪、评估了2010—2015年唐山市“三生”空间碳要素的流动过程、途径及其影响。结果显示：2010—2015年，唐山“三生”空间格局演变造成了区域碳排放量的增加，净“碳流”为负值；其中，消极“碳流”主要由于生态空间向生产空间的转变；而积极的“碳流”主要来自生产空间向生态空间的转变。唐山市“三生”用地类型在碳代谢系统中的生态关系主要以限制掠夺关系为主，其中以生活空间城镇用地以及生态空间未利用土地占主导。
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  一种基于图注意力机制的气温预测模型

  韩忠明, 周朋飞, 段大高, 张珣

  科技导报. 2020, 38(11): 115-121. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.013

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  积极应对气候变化是可持续发展的目标之一。针对气温准确预测任务，提出了一种基于图注意力机制的气温预测模型。该模型在气温站点组成的拓扑结构上使用了注意力机制，选择性地聚合周围区域的气温特征，再使用神经网络拟合复杂的气温变化规律，得到预测结果。实验使用了2000—2010年京津冀地区的气温数据，经大量实验验证，在极少依赖历史气温数据的情况下，模型能够得到更准确的预测值。模型能够为气候预测和气候灾害预防提供决策支持。
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  基于有限坍塌宽度的层理性泥页岩地层井壁稳定性评价

  赵莉萍, 王倩, 郭正, 房超, 曹虎

  科技导报. 2020, 38(11): 122-130. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.014

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  钻井工程中一般允许实钻井眼存在有限宽度的崩落区域，如按传统井壁稳定理论模型进行设计会导致钻井液密度偏高、钻井成本增加、钻井效率降低、钻井液漏失甚至地层破裂等一系列问题。针对脆性层理泥页岩地层特性，根据测井资料和测试数据进行地质力学建模，利用基于有限坍塌宽度的定量风险分析方法合理地评估井壁稳定概率，优选钻井液密度窗口。以中国西部某油田泥页岩地层钻井实例进行分析，在基于有限崩落存在的情况下，通过定量分析方法在井壁稳定段及失稳段对钻井液密度窗口进行动态优化，可以提高机械钻速，降低钻井成本，评估的井壁稳定概率可达91%~98%，计算结果与实际情况基本吻合，说明该方法具有重要的工程价值和实际意义。
综述
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  声表面驻波在微流控领域的应用

  董惠娟, 王敬轩, 李天龙

  科技导报. 2020, 38(11): 131-140. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.015

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  声表面驻波（SSAW）因其非接触性及生物相容性，目前已被广泛应用于微流控领域，在生物医学、诊断学等领域有着广阔的应用前景。概述了声表面驻波的形成过程和对微流体中粒子的控制机理；综合当前该技术国内外研究现状，分析了在微流控领域中声表面驻波相对于其他物理场的优势；针对声表面驻波在微流控领域中存在的问题对未来的研究提出了合理展望。
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  中高层大气密度研究态势及热点分析

  闫亚飞, 李永平

  科技导报. 2020, 38(11): 141-151. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.016

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  中高层大气在日地空间环境中起着承上启下的作用，同时也是热层、电离层和磁层耦合研究的重要领域，而中高层大气密度是大气环境的重要参数，是当前空间科学研究的热点，因此国内外学者开展了大量的研究工作。基于文献计量学的视角，分析了中高层大气密度研究的发展历程、主要研究国家、重点机构、资助基金和研究热点。通过分析可以看到，中高层大气密度研究领域年度发文呈现波动上升趋势，全球整体发文趋势受美国、德国、中国、法国和英国5个主要国家的影响较大。美国在该领域的研发机构数量非常多，尤其是美国科罗拉多大学和美国国家航空航天局科研实力雄厚，且相互之间科研合作非常密切。中国进入该领域较晚，但发展迅速，研究队伍、研究成果和基金数量进步明显，已经开展了神舟飞船、APOD（Atmospheric density and Precise Orbit Determination）卫星、天宫实验室、气象卫星等重大项目的大气密度探测，获取了大量高精度实测数据。目前该领域的研究热点主要集中在中高层大气密度多手段探测、高精度大气模型建立及大气密度预报等方面。
研究论文
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  Co/CFs的制备及其电催化析氢性能研究

  杨宁, 李彩彩, 孙庆丰

  科技导报. 2020, 38(11): 152-159. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.017

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  以木质纤维素为基体，采用浸渍、高温碳化的方法制备了木质碳纤维负载的钴纳米颗粒（Co/CFs）电催化剂。利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等对样品的化学组成和微观形貌进行了表征分析，并借助电化学工作站测试了样品的电催化析氢性能。结果表明，CFs的引入有效缓解了Co纳米颗粒（Co NPs）易团聚的问题，有利于实现活性位点的最大程度暴露。当Co/CFs用作析氢催化剂，达到10 mA·cm^-2的电流密度时需要的过电位仅为250 mV，并可保持长达15 h的催化稳定性。
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  雾天高速公路交通事故的特征及与能见度的关系

  冯蕾, 邓毅萍, 李蔼恂, 李艳, 宋建洋

  科技导报. 2020, 38(11): 160-168. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.018

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  从全国雾天交通事故多发的10条高速公路路段中选取交通气象观测条件较好的4条路段作为研究对象，主要研究了雾天交通事故的特征，并通过雾天交通事故与能见度的关系分析，定量研究了交通事故在不同能见度区间的分布规律。与晴天交通事故相比，雾天交通事故后果更为严重，伤亡率明显增加。事故类型以撞固定物和刮擦为主。雾天事故中，肇事车辆为重型货车、中型货车和大型客车的比例比晴天增加。雾天事故的原因主要有在同车道行驶未按规定与前车保持安全距离、操作不当、低能见度下不按规定行驶。统计表明，雾天交通事故主要发生在秋冬季节的凌晨至早上时段，事故高峰期为早上7∶00左右，这与大雾日数的时间分布具有较高的一致性。70%~90%的雾天交通事故发生在能见度低于1 km的情况下，其中能见度低于100 m的区间内比例最高，为25%~50%。能见度低于1 km时，交通事故发生的概率密度随能见度增加而减小，尤其当能见度低于300 m时，交通事故发生的概率出现突发性增长，当能见度低于100 m，交通事故发生的概率密度增长到30%左右。根据交通事故在不同能见度区间的分布，将能见度对交通安全的影响划分为4个等级，实现了气象能见度到交通安全等级的转化，可为交管部门制定雾天交通事故防范对策，以及气象部门开展交通气象服务提供科学依据。
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  业余超级马拉松运动员赛事损伤分析

  王佳宁, 王格非, 龚熹

  科技导报. 2020, 38(11): 169-176. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2020.11.019

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  随着长距离耐力运动项目在全世界的日益盛行，超级马拉松正获得越来越多的关注和参与，但国内针对这一新兴运动项目相关损伤的研究工作仍有很大的提升空间。以门诊病例汇总的方式，统计了10名中国业余超级马拉松运动员在赛事过程中发生的损伤情况，并就性别、年龄、参与超级马拉松运动年限与经验等因素进行相关性回顾分析。发现男性膝关节受伤的可能性高于女性，而女性踝关节受伤的可能性更高；完赛次数与膝关节损伤呈现显著正相关；与踝关节受伤则显著负相关。受伤部位与年龄、训练年限、参赛距离以及其他跑步赛事的参赛经历无明显关系。