2025年閔行一模跨學科案例及解析【情境材料】閔行濱江貫通工程進入第四年，區(qū)政府擬在黃浦江—大治河交匯的“浦江第一灣”打造一座“零碳示范島”。島上原有3km2的工業(yè)倉儲用地、1.2km2的廢棄稻田、0.8km2的沿江灘涂。規(guī)劃要求：1.十年內全島運營期碳排為零；2.保留30%原生態(tài)岸線；3.新增建筑容積率≤0.6，且100%達到近零能耗建筑標準；4.為15分鐘社區(qū)生活圈提供1.2萬個崗位、2萬套租賃住宅；5.建立一套可復制的“水—能—糧”耦合系統(tǒng)。研究團隊2024年9月完成本底調查，數(shù)據(jù)如下：①氣象：年均日照4.2h/day，年均風速2.8m/s，年降水1180mm，其中6—9月占56%；②土壤：工業(yè)場地0—30cm重金屬Cd1.2mg/kg（國標0.6mg/kg），稻田區(qū)有機質3.8%，灘涂鹽度3.2‰；③水文：黃浦江段多年平均潮差2.1m，大治河口COD18mg/L，TP0.28mg/L；④能源：島上110kV變電站1座，上級電網(wǎng)碳排放因子0.658tCO?/MWh；⑤交通：現(xiàn)有地鐵5號線終點站距島2.7km，日均出站3.4萬人次；⑥生物：灘涂記錄鳥類46種，其中3種為國家Ⅱ級保護；工業(yè)場地土壤動物Shannon指數(shù)0.78（參考背景值1.6）?！驹囶}部分】本卷共6大題28小題，滿分100分，時間90min。所有答案須寫在答題紙對應區(qū)域，書寫在上無效。1選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個正確答案）1.1若示范島2035年電力需求280GWh，全部自建光伏，組件效率22%，年衰減0.5%，則首年需安裝容量約為A.180MWB.220MWC.260MWD.300MW1.2稻田區(qū)土壤有機質3.8%，若按0—30cm容重1.3g/cm3計算，每公頃耕層有機碳儲量約為A.38tB.50tC.65tD.88t1.3灘涂鹽度3.2‰，下列植物中最可直接用于生態(tài)護岸且無需額外淡水灌溉的是A.蘆葦B.水稻C.玉米D.棉花1.4工業(yè)場地Cd超標1倍，若采用鈍化劑將有效態(tài)Cd降低60%，則修復后0—30cm風險篩選值最接近A.0.24mg/kgB.0.48mg/kgC.0.72mg/kgD.0.96mg/kg1.5地鐵5號線終點站距島2.7km，若開行自動駕駛小巴，平均時速25km/h，站間停留0.5min，則高峰3min班次的道路理論最小單車道通行能力為A.240pcu/hB.360pcu/hC.480pcu/hD.600pcu/h1.6島上規(guī)劃2萬套租賃住宅，若80%為70m2戶、20%為100m2戶，近零能耗建筑冬季熱負荷指標15W/m2，則冬季峰值熱負荷約為A.18MWB.24MWC.30MWD.36MW1.7黃浦江段潮差2.1m，若建200m寬潮汐閘門，利用潮差發(fā)電，單潮雙向發(fā)電理論水頭1.6m，裝置效率75%，則單次潮周期發(fā)電量約為A.0.8MWhB.1.3MWhC.1.8MWhD.2.3MWh1.8國家Ⅱ級保護鳥類黑嘴鷗偏好0—5cm水深覓食，若灘涂坡度1:100，則滿足其全年200d以上覓食需求的岸段最低高程為A.1.8mB.2.0mC.2.2mD.2.4m1.9島上“水—能—糧”系統(tǒng)擬用再生水灌溉，若農田年需水600mm，再生水TN15mg/L，作物吸收系數(shù)0.6，則每公頃因灌溉帶入的氮量約為A.54kgB.72kgC.90kgD.108kg1.10為實現(xiàn)運營期零碳，下列措施中屬于“碳抵消”而非“碳削減”的是A.自建海上風電B.購買CCS項目核證量C.建筑光伏一體化D.提升空調COP2填空題（每空1分，共15分）2.1按ISO14064界定，示范島碳排放范圍一主要包括島上______、______和______的直接燃燒。2.2若光伏組件溫度每升高1℃功率損失0.42%，則7月40℃工況下300W標稱組件實際輸出功率為______W。2.3土壤動物Shannon指數(shù)0.78表明生態(tài)系統(tǒng)的______性顯著低于背景，恢復初期應優(yōu)先引入______功能群。2.4大治河口TP0.28mg/L，按地表Ⅲ類標準0.2mg/L計算，超標倍數(shù)為______。2.5地鐵2.7km接駁若采用氫燃料電池公交，百公里氫耗4.5kg，則每車每日10往返需氫______kg。2.6近零能耗建筑要求一次能源需求≤______kWh/(m2·a)。2.7灘涂0—20cm沉積速率1.1cm/a，若重金屬輸入不變，則______年后Cd濃度將再升高0.1mg/kg。2.8島上110kV變電站主變容量2×63MVA，若N-1原則下最大負載率65%，則可供負荷______MW。2.9按《國家生態(tài)修復規(guī)劃》濕地恢復成本3.5萬元/畝計算，保留0.8km2灘涂需投資______億元。2.10若1.2萬個崗位中40%為遠程辦公，則通勤交通日減少人次約______萬。3圖表判讀題（共15分）圖1為島上2024年6—8日逐時凈負荷曲線（凈負荷=負荷?光伏出力）。3.1（2分）寫出6—8日光伏最大出力時刻及數(shù)值。3.2（3分）計算6—8日光伏滲透率（光伏出力/負荷）。3.3（4分）指出凈負荷“鴨型曲線”最明顯的日期，并說明其對儲能配置的啟示。3.4（6分）若配置100MWh儲能，充放電效率90%/90%，請用圖上數(shù)據(jù)估算6日儲能可削減的峰荷值及剩余峰荷。4計算與建模題（共25分）4.1（8分）建立零碳島年度碳收支平衡方程。設：電力需求E(MWh)，自建光伏出力P(MWh)，儲能循環(huán)損耗L(MWh)，外購綠電G(MWh)，生物質沼氣替代天然氣B(tCH?)，碳排因子分別為0、0、0.658tCO?/MWh、0。島上交通柴油D(L)，排放因子2.6kgCO?/L；垃圾焚燒I(t)，排放因子0.3tCO?/t；碳匯：新增喬木S?(tCO?)，濱海濕地S?(tCO?)，土壤修復S?(tCO?)。請寫出平衡方程并給出各變量量綱。4.2（7分）稻田區(qū)擬種高產水稻“閔粳366”，產量潛力9.5t/hm2，籽粒氮含量1.4%，秸稈氮0.6%，氮收獲指數(shù)0.65。若目標產量8t/hm2，利用再生水灌溉帶入氮80kg/hm2，問還需補充尿素（含N46%）多少kg？4.3（10分）工業(yè)場地Cd污染擬采用“原位鈍化+植物提取”耦合技術。鈍化劑生物炭2%（w/w）可將有效態(tài)Cd降低60%；植物提取用超富集植物“龍葵”，地上部Cd富集系數(shù)25，生物量12t/hm2·a，Cd移除效率8%。若目標5年內將0—30cm總Cd從1.2mg/kg降至0.4mg/kg，土壤容重1.5g/cm3，請計算：（1）需種植龍葵的面積比例；（2）每年產生含Cd生物質多少t；（3）若焚燒發(fā)電，Cd進入飛灰比例90%，飛灰質量為生物質3%，則飛灰Cd濃度多少mg/kg，是否超過危廢標準100mg/kg。5綜合論證題（共15分）材料：示范島擬在地鐵終點站與島之間架設低空觀光索道，全長2.7km，高差0，設計運量3000人/h，單車廂10人，發(fā)車間隔12s，單程7min。索道支架8座，最高42m，需穿越200m寬黃浦江。市民意見分化：支持者認為“零排放、觀景佳”；反對者擔心“候鳥遷徙通道受阻、景觀碎片化”。任務：從生態(tài)、能源、社會三方面撰寫400字論證報告，給出是否建設的明確結論，并提出替代或優(yōu)化方案。6跨學科設計題（共10分）請在A3答題紙上完成“水—能—糧”耦合系統(tǒng)概念圖，要求：1.用三種線型區(qū)分物質流、能量流、信息流；2.至少包含6個子系統(tǒng)（如光伏、濕地、稻田、沼氣、儲能、灌溉泵站）；3.標注關鍵接口參數(shù)（流量、功率、控制信號）；4.用色塊區(qū)分碳源、碳匯；5.附100字設計說明，突出“可復制”亮點?！窘馕霾糠帧?選擇題1.1C。首年需電量280GWh，光伏年利用小時1180h，容量=280000/(1180×0.22)=260MW。1.2C。有機碳=3.8%×0.58×1.3g/cm3×10000m2×0.3m=65t。1.3A。蘆葦耐鹽度5‰，可直接利用咸淡水。1.4B。有效態(tài)占40%，降低60%后有效態(tài)0.48mg/kg，接近風險篩選值。1.5B。單程6.48min+0.5min=6.98min，道路需360/6.98≈360pcu/h。1.6B。面積加權平均76m2，總負荷76×20000×15=22.8MW≈24MW。1.7B。E=ρgHVη=1000×9.81×1.6×200×2.1×0.75/3600=1.3MWh。1.8B。吳淞基面2.0m對應0水深，滿足200d。1.9A。600mm×10000m2×15g/m3×0.6=54kg。1.10B。購買核證量屬抵消。2填空題2.1鍋爐、車輛、發(fā)電機2.2300×(1?0.42%×15)=281W2.3多樣；捕食/分解2.40.42.52.7×2×10×4.5/100=2.43kg2.6452.70.1/(1.2/20)=1.7a2.82×63×0.65=81.9MW2.90.8×1500×3.5=4.2億元2.101.2×0.6=0.72萬3圖表判讀題3.112:30，85MW。3.2光伏出力206MWh，負荷318MWh，滲透率64.8%。3.37日15:00—19:00凈負荷驟降再陡升，鴨型顯著；需配4h以上長時儲能。3.46日峰荷92MW，儲能滿放100MWh×0.9=90MWh，可削峰38MW，剩余54MW。4計算與建模題4.1平衡方程：0.658×(E?P+L?G)+2.6D+0.3I=S?+S?+S?量綱：左側tCO?/a，右側tCO?/a。4.2需氮8×(1.4%/0.65+0.6%×0.35/0.65)=80kg，已供80kg，無需補尿素。4.3（1）土壤Cd總量1.2×1.5×3000=5.4t，目標0.4×1.5×3000=1.8t，需移除3.6t；龍葵年移除12×25×0.4/1000=0.12t/hm2，需3.6/0.12=30hm2，占30/120=25%。（2）年生物質30×12=360t。（3）飛灰360×0.03=10.8t，Cd3.6×0.9=3.24t，濃度3.24×10?/10.8=300000mg/kg，遠超100mg/kg，需水泥窯協(xié)同處置。5綜合論證題（示例）生態(tài)：索道支架42m位于候鳥遷飛線路30m以下凈空占比68%，模型顯示碰撞概率提升3.4倍；夜間燈光吸引度指數(shù)增加18%，對Ⅱ級保護鳥類不利。能源：索道電機2×500kW，年耗電1.4GWh，若自建光伏需1.2MW，占島資源0.5%，碳排為零，但制造隱含碳1200t。社會：問卷1200份，支持率52%，反對率34%，中立14%；支持者重視通勤時間縮短9min，反對者擔心景觀碎片化。結論：暫緩主線索道，改用“水上電動巴士+濱江慢行道”組合，保留1座28m觀景塔，塔頂設置鳥類監(jiān)測雷達，夜間熄燈。該方案投資下降38%，生態(tài)影響可接受，通勤時間僅增加3min，公眾