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济南大学学报（自然科学版）

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2026年03期

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环境与水利科学 | 基于水文模型和随机森林模型的小型水库纳雨能力计算

环境与水利科学 | 基于水文模型和随机森林模型的小型水库纳雨能力计算

摘要：针对小型水库流域面积较小、入库洪水陡涨陡落、预报预警难度大的问题，以山东省威海市环翠区冶口水库为研究对象，将水文工程中心-水文建模系统(HEC-HMS)水文模型与水库调度模型组成纳雨能力水文模型，采用试算法计算不同工况下的水库纳雨能力；引入随机森林回归算法，构建随机森林纳雨能力计算模型，以纳雨能力水文模型的计算结果为训练样本，计算未知工况下水库纳雨能力。结果表明：随机森林纳雨能力计算模型测试集的偏差绝对值为 0～14.07% ，决定系数为0.99，平均绝对误差为 8.7mm ，整体模拟效果较好。基于水文模型法的纳雨能力计算结果相对准确，但计算流程较为复杂，随机森林纳雨能力计算模型可大幅提高水库纳雨能力的计算效率，且具有较高的准确率。
环境与水利科学 | 济南白泉泉域岩溶地下水对降雨的时空响应特征

环境与水利科学 | 济南白泉泉域岩溶地下水对降雨的时空响应特征

摘要：针对岩溶含水介质具有高度非均质性、各向异性以及水动力过程极其复杂的问题，为了定量识别山东省济南市白泉泉域岩溶含水系统动态变化特征及岩溶发育规律，利用泉域2018年11月至2019年12月降雨及地下水位逐日数据，通过时间序列分形维数、相关性分析和交叉振幅谱分析等时序方法，分析泉域排泄区、补给区地下水对降雨的时空响应特征。结果表明：该泉域排泄区、补给区的地下水位时间序列分形维数具有不同的动态特征，说明岩溶空间发育状况存在一定差异性。相关性分析结果揭示了排泄区岩溶含水介质岩溶发育均匀，地下水流速较慢，贮水能力较好；补给区岩溶含水介质的非均质性更显著，地下水流速较快，贮水能力较差，且降雨更容易进入到含水层。交叉振幅谱分析定量识别出排泄区含水介质快速流、慢速流的占比分别为 13.2% ！ 86.8% ，岩溶发育更加均匀，地下水以慢速流为主；补给区含水介质快速流、慢速流的占比分别为32.8% 和 36.2% ！ 63.8% 和 67.2% ，存在快速流、慢速流并存的二元结构。
环境与水利科学 | 济南某地下工程建设施工对地下水环境的影响

环境与水利科学 | 济南某地下工程建设施工对地下水环境的影响

摘要：为了研究地下工程建设施工对地下水系统和地下水污染的影响，以山东省济南市某大型地下工程建设为例，利用长期的水位、水质同步监测数据，研究地下工程建设施工对地下水环境的影响。结果表明：工程施工期间，人工降排水量与回灌量基本一致，地下水位表现出枯水期水位低、丰水期水位高的季节性变化规律，无明显的下降趋势，地下水位受人工降水的影响较小。地下工程主体结构南、北两侧地下水监测点水化学组成差异显著，北侧的地下水水质较好，受工程施工的影响很小；南侧的地下水中存在硫酸盐、硝酸盐的污染，污染源来自污水或粪肥等城市污染，受工程施工的影响显著。随着工程施工结束，地下水质指标逐步恢复正常，说明地下工程施工对地下水水质污染的影响是暂时的。
环境与水利科学 | 黄河三角洲农业种植总氮面源污染入海空间量化识别

环境与水利科学 | 黄河三角洲农业种植总氮面源污染入海空间量化识别

摘要：为了精准防控农业种植总氮面源污染入海，以山东省东营市东营区和垦利区为研究区，采用输出系数法计算不同农业种植类型的总氮污染输出量，利用面源污染物迁移最小累积阻力模型计算污染物输移能力指数，估算农业种植总氮面源污染入海量；利用入海口水质监测数据计算得到的实际农业种植总氮面源污染入海量校正污染物输移能力指数，得到总氮面源污染输移系数，对黄河三角洲农业种植总氮面源污染入海量进行空间识别。结果表明，黄河三角洲农业种植单元总氮面源污染入海量为 0～2.92kg/a ，呈现明显的空间梯度分布特征；单位面积污染物入海量从西部内陆向入海河流和东部沿海逐渐增加，其中河流两岸及沿海地区总氮面源污染入海量较大，而内陆地区的相对较小；同种农业种植类型在不同空间位置的总氮面源污染入海量存在显著差异；支脉河、广利河、小岛河和黄河农场排水渠所在流域农业种植总氮面源污染入海量显著大于其他流域的。
环境与水利科学 | 基于水动力耦合模型的济南北园地区内涝风险评估

环境与水利科学 | 基于水动力耦合模型的济南北园地区内涝风险评估

摘要：为了提升城市内涝管理水平，建立水动力耦合模型，模拟山东省济南市北园地区的降雨重现期为10、100 a情景的内涝情况，并结合主观层次分析法和客观熵权法评估研究区内社区和道路的内涝风险。结果表明：水动力耦合模型模拟的地表积水深平均误差为 7.26cm ，模拟精度较高；内涝强度指数和积水持续指数在多准则内涝风险评估体系中最为重要；北园大街附近的社区始终具有较高的内涝风险，尤以工人新村南村街道、无影山街道、全福街道最为突出；南北方向的主干道内涝风险较高，容易形成马路行洪的现象。
环境与水利科学 | 基于三维聚类识别的1901一2023年泾河流域气象干旱事件演变特征分析

环境与水利科学 | 基于三维聚类识别的1901一2023年泾河流域气象干旱事件演变特征分析

摘要：为了厘清泾河流域长时间尺度的气象干旱事件演变特征，为当地干旱监测和干旱风险管理提供参考，以标准化降水蒸散指数表征泾河流域气象干旱，基于三维聚类识别方法提取泾河流域1901—2023年气象干旱事件，分析泾河流域气象干旱事件的演变特征。结果表明：在研究期内，共识别出泾河流域123场历时超过2个月的气象干旱事件，且1961年后该流域的气象干旱呈现减缓趋势；泾河流域气象干旱事件的特征在不同迁移方向上存在差异，其中向北迁移的干旱事件最严重，且次数最多，共计35次；泾河流域典型气象干旱事件历经2次高峰期，开始时间分别为1941年4月与1986年4月，整体向北迁移。
环境与水利科学 | 基于WOFOST模型的冬枣微咸水灌溉方案优化

环境与水利科学 | 基于WOFOST模型的冬枣微咸水灌溉方案优化

摘要：为了探究微咸水灌溉对土壤水盐含量及冬枣生长的影响，优化适合冬枣微咸水灌溉方案，通过2022、2023年田间试验，设置不同的灌水矿化度处理水平，研究灌水矿化度对土壤水盐运移及冬枣生长与产量的影响，构建适宜研究区的WOFOST模型，模拟不同灌溉情景下的冬枣产量，以综合效益最大为目标筛选最优灌溉方案。结果表明，随着灌水矿化度的增加，土壤含水率和土壤含盐量均增大，枣树叶面积指数与产量显著减小；WOFOST模型率定期和验证期不同土层土壤含水率的均方根误差为 1.34%～2.96% ，产量的均方根误差为（204号 344.88～398.04kg/hm² ，叶面积指数的均方根误差均为0.19，且各指标一致性指数均大于0.7，相对误差均小于 13% ，模型模拟精度较高；利用校准后的WOFOST模型模拟15种灌溉方案的冬枣产量，确定灌水矿化度、灌水定额分别为 2g/L,20mm 组合以及 3g/L 24mm 的组合为最优灌溉方案。
生命科学 | 淡紫紫孢菌丝氨酸蛋白酶PRB1的生物信息学分析

生命科学 | 淡紫紫孢菌丝氨酸蛋白酶PRB1的生物信息学分析

摘要：为了揭示淡紫紫孢菌丝氨酸蛋白酶PRB1在感染线虫过程中的功能及关键氨基酸残基，利用生物信息学方法对PRB1进行系统鉴定与催化机制分析，预测保守结构域，构建蛋白质结构模型，定位活性位点，解析底物-酶相互作用。结果表明：PRB1具有枯草杆菌丝氨酸蛋白酶所特有的InhibitorI9及PeptidaseS8保守结构域；催化三联体由Asp202、His23和组成；结构中存在2个二硫键Cys157-Cys465、Cys341-Cys372，对结构的稳定性具有重要作用。在PRB1的三维结构中，Gly445、 Pro451 、Ala452位点与底物分子形成氢键相互作用，Ile450、 Pro455 位点与底物形成烷基相互作用，成为PRB1的关键氨基酸残基，是淡紫紫孢菌丝氨酸蛋白酶的理性设计的理论靶点。
生命科学 | 刺突蛋白S1对气道黏蛋白表达的影响及其通路探究

生命科学 | 刺突蛋白S1对气道黏蛋白表达的影响及其通路探究

摘要：为了探究新型冠状病毒刺突蛋白S1调控气道黏蛋白基因表达的潜在机制，采用一定含量的刺突蛋白S1刺激人肺上皮细胞BEAS-2B，检测其对主要黏蛋白表达的影响；通过生物信息学预测与黏蛋白启动子区域结合的转录因子，并选择重叠的转录因子进行后续研究；采用基因干扰、染色质免疫共沉淀和双荧光素酶报告基因实验验证上述转录因子与黏蛋白启动子区域的结合，通过基因干扰和蛋白质免疫印迹法探究刺突蛋白S1调控黏蛋白表达的信号通路。结果表明：刺突蛋白S1刺激气道上皮细胞后，能导致黏蛋白表达增加，转录因子c-Myc可与黏蛋白的启动子区域直接结合；干扰刺突蛋白S1受体ACE2基因后，磷酸化蛋白激酶B(AKT)、c-Myc和黏蛋白(MUC)的表达量均减小，表明刺突蛋白 S1通过ACE2/AKT/c-Myc/MUC信号通路调控黏蛋白的表达。
生命科学 | 西洋参幼苗内生真菌的生物学活性筛选

生命科学 | 西洋参幼苗内生真菌的生物学活性筛选

摘要：为了筛选出具有不同生物学活性的西洋参内生真菌，为生物菌剂的开发提供基础数据，以本课题组前期从西洋参幼苗中分离鉴定出的33株内生真菌为试材，采用拟南芥幼苗为材料筛选具有促生活性的内生真菌，采用带毒平板法和平板对峙法筛选具有抑菌活性的内生真菌，采用香草醛-冰醋酸-高氯酸法筛选具有产皂苷活性的内生真菌。结果表明：从33株西洋参内生真菌中筛选出1株内生真菌Clonostachys rogersonian 对拟南芥幼苗生长具有促生效应，4株内生真菌表现出抑菌特性，其中Paraphaeosphaeria sporulosa、Penicillium aeneum、Fusariumgraminearum对副溶血弧菌有抑制作用，Penicilliumaeneum的抑菌率达 76.90% ; Clonostachys rogersonian对黑曲霉和黄曲霉有抑制作用，抑菌率分别为 40. 02%,32.24% ；内生真菌 Alternaria porri、Penicillium aeneum、Aspergillusterreus、Clonostachys rogersonian和 Aspergilus niger具有产皂苷活性，其中Altermaria porri菌丝提取液中总皂苷的质量浓度达到 1.89mg/L 。
生命科学 | 尿石素A抗衰老作用机制研究进展

生命科学 | 尿石素A抗衰老作用机制研究进展

摘要：针对尿石素A肠道微生物转化存在显著个体差异及其多层级抗衰老机制尚未完全阐明的现状，综述尿石素A的代谢网络与多层级抗衰老机制，揭示该物质在衰老相关疾病中的防治潜力；阐述尿石素A以鞣花单宁为底物，通过尿石素M5为中间体的代谢网络产生的反应过程，从分子、亚细胞、组织和组织微环境3个层面系统分析尿石素A发挥抗衰老作用的主要信号通路网络，其中，分子层面体现为抗氧化和抗炎功能，亚细胞器层面表现为促进线粒体自噬与功能修复，组织与组织微环境层面涉及修复皮肤组织，促进肌肉和骨骼健康，抑制致病菌与调节肠道微生物；基于尿石素A在神经退行性疾病、心血管疾病、癌症、2型糖尿病和肥胖等衰老相关疾病的防治中发挥着重要作用，探析其通过信号通路发挥衰老相关疾病防治作用的机制。尿石素A被视为极具前景的抗衰老药物，其抗衰老研究尚处于临床前研究阶段，未来将在衰老相关疾病防治中具有重要临床研究价值和应用前景。
土木建筑 | 严寒地区城镇居住建筑降本低碳改造的人工神经网络驱动多目标优化

土木建筑 | 严寒地区城镇居住建筑降本低碳改造的人工神经网络驱动多目标优化

摘要：为了优化严寒地区既有城镇居住建筑的建筑能耗、建筑生命周期碳排放量和建筑生命周期成本，以辽宁省沈阳市典型城镇居住建筑的降本低碳改造为例，构建一种人工神经网络驱动的非支配排序遗传算法I多目标优化技术框架；根据建筑能耗、建筑生命周期碳排放量及建筑生命周期成本计算公式，选取保温层材料类型、保温层厚度、窗户玻璃类型、遮阳板深度等8个参数作为优化变量，并利用人工神经网络驱动的非支配排序遗传算法Ⅱ优化求解目标函数公式得到帕累托解集；采用逼近理想解排序法寻求最终的多目标优化解决方案，并分析建筑能耗、建筑生命周期碳排放量、建筑生命周期成本3个优化目标的减少程度。结果表明，与基准建筑相比，选定的多目标优化解决方案的建筑能耗减少 59.9%～61.7% ，建筑生命周期碳排放量减少 89.6% \~91.7% ，建筑生命周期成本减少 44.5%～48.8% ，严寒地区既有城镇居住建筑节能和降本低碳潜力很大，有必要对城镇居住建筑实施节能和降本低碳改造。
土木建筑 | 无人物流车碳排放水平量化及城市物流空间布局优化

土木建筑 | 无人物流车碳排放水平量化及城市物流空间布局优化

摘要：为了促进城市物流低碳转型，采用连续近似法，以服务每个客户点产生的碳排放量为度量标准，考虑服务半径、社区物流中心偏移服务区几何中心的距离等影响因素，量化小、中、大型3类无人物流车在不同城市物流空间布局下的碳排放水平。结果表明：随着服务半径与社区物流中心偏移服务区几何中心的距离的增加，3类无人物流车的碳排放水平显著提高；相对于中、大型无人物流车，小型无人物流车在服务半径为250、 500m 时的碳排放水平最低，服务每个客户点产生的碳排放量最小，分别为 3.071,6.149g ，大型无人物流车在服务半径更大的条件下有更强的低碳优势；当社区物流中心偏移服务区几何中心的距离为250、500、750、1000m 时，相对于中、大型无人物流车，小型无人物流车在服务半径为250、500、750、 1000m 时的碳排放水平整体均较高，在社区物流中心偏移服务区几何中心的多种距离条件下，大型无人物流车的碳排放水平的稳健性更强。
土木建筑 | 钠基膨润土混合土防渗性能试验与数值模拟研究

土木建筑 | 钠基膨润土混合土防渗性能试验与数值模拟研究

摘要：为了探索钠基膨润土混合土代替黏土作为水利工程防渗材料的可行性，开展一维积水入渗和变水头渗透试验；选取不同黏粒质量分数的基质土，分别掺入不同比例的钠基膨润土，通过观测含水率、累积入渗量、入渗速率及饱和渗透系数，分析钠基膨润土对土体持水性与抗渗性的影响；利用数值模拟模型，模拟入渗过程中的孔隙水压力与累积入渗量以验证试验结果的可靠性。结果表明：膨润土的掺入可显著提升土壤的持水能力与抗渗性能，且基质土黏性越低，所需膨润土掺量越大；砂土、砂壤土、壤土掺入钠基膨润土的质量分数为15% 、 12% 1 9% 的土样的渗透系数分别为 2.23×10^-6 、 4.58×10^-6 、 5.20×10^-6 cm/s，均小于黏土对照组的 6.63× 10^-6cm/s ；钠基膨润土混合土可替代黏土作为防渗材料使用，建议砂土、砂壤土、壤土中掺入钠基膨润土的质量分数分别不小于 15% 、 12% 7 9% 。
材料科学 | 单宁酸介导的磁性光子晶体基元通用制备方法及其性能

材料科学 | 单宁酸介导的磁性光子晶体基元通用制备方法及其性能

摘要：针对磁性光子晶体基元纳米粒子多采用溶剂热法合成，受限于聚合物在特定还原性溶剂中的溶解性及其对高温、高压或碱性条件的稳定性，导致表面聚合物选择有限的问题，提出一种基于单宁酸(TA)与聚合物间氢键作用的通用后修饰方法，通过制备表面富含酚羟基的四氧化三铁 Fe₃O₄@ TA纳米粒子，利用TA与不同聚合物形成氢键，成功实现聚(4-苯乙烯磺酸共聚马来酸)钠盐、聚乙烯吡咯烷酮及乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物对 Fe₃O₄@ TA纳米粒子的表面修饰，制备3类磁性光子晶体基元，表征它们的结构和性能。结果表明，3类聚合物功能化修饰的磁性光子晶体基元能够实现从粒径或磁性调控、光学性能增强到工艺优化及介质稳定性的系统性能优化，不同聚合物修饰的 Fe₃O₄@ TA 纳米粒子具有光学增强作用，亲脂性共聚物修饰粒子还能够在高黏度树脂中稳定分散。
材料科学 | 过氧化氢酶-脲酶协同驱动纳米马达的制备与运动性能

材料科学 | 过氧化氢酶-脲酶协同驱动纳米马达的制备与运动性能

摘要：针对酶驱纳米马达在作为活性递送载体时因生理底物浓度较低而导致驱动力不足的问题，利用配体竞争性吸附诱导二氧化硅 SiO₂ 在金 Au 纳米粒子表面非对称生长，制备双面神结构的 Au-SiO₂ 纳米粒子，并以其为载体，通过固定过氧化氢酶和脲酶，制备以过氧化氢 H₂O₂ 和尿素为燃料的纳米马达，研究过氧化氢酶与脲酶的负载比例对模拟生理环境中纳米马达运动性能的影响。结果表明：表面修饰过氧化氢酶和脲酶制备的 Au-SiO₂ 纳米马达在 H₂O₂ 、尿素浓度不同的模拟生理环境中表现出显著优于单酶负载纳米马达的运动性能；当过氧化氢酶与脲酶的物质的量比为1:3时，纳米马达的运动性能最佳；纳米马达的扩散系数与底物浓度的依赖关系表明该纳米马达对尿素的响应要优于对 H₂O₂ 的响应。
材料科学 | 错齿BTA深孔钻钻削TC4钛合金的仿真与试验研究

材料科学 | 错齿BTA深孔钻钻削TC4钛合金的仿真与试验研究

摘要：为了减小错齿BTA深孔钻在TC4钛合金钻削过程中产生的钻削力，提升错齿BTA深孔钻的耐磨性与抗断裂能力，通过有限元仿真与试验研究，系统分析钻削力的变化趋势；建立错齿BTA深孔钻钻削力学模型，利用有限元软件ANSYS对错齿BTA深孔钻的结构进行静力分析以验证其可靠性；利用三维建模软件SolidWorks构建动态分析有限元模型，并利用有限元软件ABAQUS对钻削过程进行动态分析仿真；搭建钻削力试验平台，对钻削力仿真值进行试验验证，并探讨不同进给量对钻削力的影响。结果表明：错齿BTA深孔钻整体结构与刀体等效应力最大值均小于相应材料的屈服强度且等效应变较小，满足结构可靠性要求；笛卡儿坐标系 x 、y、z方向钻削力仿真值与试验值的误差分别为 7.764% 、 13.763% ！ 7.248% ，误差在可接受范围内，钻削力仿真值较为合理；当主轴转速为 285r/min 时， x,y,z 方向钻削力随进给量增加总体呈现增大趋势，但在进给量为0.10～0.20mm/r 时增幅较缓。

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