流速对胶体在植被过滤带中迁移的影响

为探讨流速导致的流态变化对胶体在植被过滤带中迁移产生的影响,结合地表水水槽室内试验和COMSOL数值模型,观测和模拟不同流速下胶体在植被过滤带中的迁移过程。实验发现胶体在流速0.017~0.029m/s内,随着流速的增加,胶体的去除效率先增大,后减小。这与胶体过滤理论不一致。通过COMOSOL模拟胶体在稳态和瞬态的水流流态发现,卡门涡街的存在会增大胶体在植被过滤带中的去除效率,并且随着流速的增加,去除效率与实验结果一致,先增加后降低,说明流速的增加导致流态的变化,是影响胶体迁移的主导因素。研究还发现在2m长的植被过滤带中,单位植被长度去除效率随迁移距离的增加而减小。研究结果可以为设计植被过滤带去除胶体的工程设计提供理论依据。

植被过滤带的污染物去除效率研究进展

探讨植被过滤带(vegetative filter strips,VFS)污染物去除效率与VFS特征参数(长度、坡度、植被类型)、污染物特性之间的关系,归纳了计算VFS污染物去除效率的经验模型和物理模型。结果表明,VFS长度与污染物去除效率呈一定的相关关系,坡度改变对污染物去除效率无明显影响,农药的有机碳吸附系数对污染物去除效率有较大的影响;VFS去除效率经验模型可以依据VFS的长度来估算污染物质的去除效率,同时可以计算不同粒径泥沙的去除效率,针对氮、磷、农药也能估算不同去除方式(如下渗、吸附等过程)的贡献率;耦合了水文模型与污染物去除机制的物理模型也在逐步完善中,VFSMOD就是代表。未来需要加强VFS对其他面源污染物如胶体、纳米颗粒物去除效率的研究,关注VFS在流域尺度上的污染物去除效率。

构建考虑煤矿采空区特殊下垫面的水文模型并在山西省小流域应用

随着中国经济的快速发展,能源需求的增加,作为中国最主要的煤矿开采省份,山西省的煤矿开采量也一直在增加。但长期以来不合理和不科学的煤层开采,导致全省许多地区出现了煤矿采空区和伴生的地表裂隙。同时山西省内许多流域观测资料显示河道径流明显减少,水库存储量下降。认识煤矿开采,这一重要人类活动对水文过程影响,并在此基础上发展考虑煤矿采空区特殊下垫面的水文模型意义重大。收集山西省几个典型小流域的煤炭开采、遥感、水文资料,经过调查和分析发现煤炭采空区引起的裂隙和塌陷在山坡上会增加地表优先流,在河道上会导致明显渗漏现象。基于以上对煤炭开采对水文过程影响的认识,发展了考虑煤矿采空区特殊下垫面的水文模型,并在山西芦庄小流域进行了模型验证与应用研究。此研究方法对认识人类活动可能引起水文过程的变化有一定的借鉴意义,发展的模型也可以推广到具有类似水文过程的地区,对由于不合理的煤炭开采受到影响的流域进行水文分析和预报。

胶体在地下水多孔介质中的沉积:进展与挑战

近年来,胶体运移规律的研究主要集中在土柱中的穿透实验,尽管在土柱中这一比较小的空间范围内,仍发现了胶体的沉积会随着空间位置的不同而发生变化。总结了针对胶体沉积速率系数空间变化这一问题的相关研究,发现其原因可以分为三方面:胶体性质不均质分布,胶体与介质相互作用机制的变化,以及空隙介质性质的空间不均质性。关于胶体沉积速率系数随空间位置变化的现象仍有大量的未知之处与研究空间,尚需对理论以及实验手段进行升级以获得更深入的理解。

降雨强度对植被过滤带中胶体迁移过程的影响

通过人工降雨条件下胶体在10 m长度植被过滤带中的运移试验,建立耦合降雨的胶体迁移模型,以探究降雨强度对植被过滤带中胶体运移过程的影响。结果表明:不同降雨强度下,胶体在植被过滤带中的沉积吸附效率系数随运移距离呈幂指数下降趋势,并在6 m左右趋于稳定;随着降雨强度的增大,胶体在植被过滤带中的沉积吸附效率系数增大,在较大降雨强度下的去除效果更好。

地表水力特性对植被过滤带中胶体迁移的影响

地表坡面流通过植被过滤带(VFS)时,植物的茎与枝会把水流的动能转化为湍流的动能,改变地表水的水力特性,进而影响胶体颗粒物的迁移。为了探讨不同水力特性的地表坡面流对胶体在VFS中的迁移和去除机制产生的影响,进而为利用VFS去除胶体污染物的工程设计提供理论依据,通过室内试验,观测不同雷诺数地表坡面中胶体在VFS的迁移过程,同时耦合水量平衡方程与胶体运移方程,构建数值模型模拟胶体在VFS中的迁移。结果表明:随雷诺数增加,绕流状态逐渐复杂、规律性降低,胶体沉积吸附过程加强。同一水力特性条件下,处于不利吸附状态的胶体沿程粒径增大、表面电势减小,使扩散能力和沉积吸附能力减弱。但随雷诺数增加,VFS对胶体的去除效率降低,是由于在土壤饱和状态下流速的增加,胶体向土壤扩散过程减少。

铅在城市植被过滤带中的吸附与解吸附

环境污染日益严重,水生态问题频现,海绵城市应运而生,城市植被过滤带发挥重要作用,包括蓄积雨水和吸附污染物。汽车尾气中铅微粒随风扩散流入环境,造成严重污染,城市植被过滤带吸附后是否会解吸附造成二次污染有待探究。该文采用实验结合模型的方法探讨城市植被过滤带中草体对铅的吸附和解吸附规律。结果表明,草体对高浓度铅比低浓度吸附效果更好,pH为5.0时去除铅最多,自来水对铅的洗脱能力很差,自然状态下不会造成铅解吸附形成二次污染,平衡时吸附数据用Langmuir吸附等可拟合出草体对铅的吸附容量。实验结果为利用城市植被过滤带去除汽车尾气污染物提供理论依据。

流速对太湖河道底泥泥沙、营养盐释放规律影响实验研究

河湖中的底泥作为二次污染源,影响河道水环境.太湖河口及调水区河流底泥泥沙、营养盐的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.用环形水槽模拟河道的水动力条件的改变,通过实验研究悬浮泥沙、总溶解氮磷(TDN,TDP)和总氮磷(TN,TP)浓度在不同流速条件下在水体中的变化情况,从而掌握底泥泥沙、营养盐在不同流速下的释放特性.本研究按照泥沙的起动标准,把相对应的流速分为"个别动"、"少量动"以及"普遍动"流速,对应不同的泥沙悬浮量以及营养物质的释放量.研究显示高于起动流速下营养盐的动态释放较低于起动流速下的静态释放.泥沙的悬浮量与营养物质的动态释放过程密切相关.TDN、TDP释放量和最终平衡浓度随流速呈对数关系;TN、TP平衡浓度随流速增加呈指数形式增加.整个释放过程为,0~30 min的释放前期为孔隙水释放,营养物质释放量大且速率快;后期为再悬浮颗粒物释放,释放量小且速率减慢,达到平衡之后,营养盐浓度基本稳定.营养物质的空隙水释放与在悬浮颗粒物释放的比例有待进一步的研究.

太湖河道水深对底泥营养物质再释放过程的影响

河道中的底泥作为二次污染源,是影响河道水环境重要因素.太湖河口及调水区河流底泥氮磷的释放扩散受水动力条件的影响越来越受到人们的重视.本文用直水槽模拟河道的水动力条件改变,通过实验研究总磷、总氮在不同水深条件下水体中的浓度变化情况,探究底泥中营养物质在不同水深条件下的释放规律.本文从水流底部切应力和底部压强的角度,分析研究上覆水中总磷、总氮的平均释放速率.结果显示上覆水中的总磷随着底部切应力的增大,平均释放速率增大,随着底部压强的增大,平均释放速率减小,即与水深的变化成负相关;总氮则随着底部压强的增大,平均释放速率增大,即与水深的变化成正相关.