阶式CSTR地表流湿地处理工程的设计思想及应用

以寿光湿地为实例,提出了多阶串联CSTR反应器思想进行地表流湿地处理工程的设计方法及应用。

地表漫流-地表流湿地工艺处理废纸造纸废水

介绍了地表漫流-地表流湿地工艺在处理废纸造纸生产废水中的应用熏在进水COD,SS质量浓度分别为454.18mg/L,369.28mg/L,出水质量浓度分别为34.72mg/L和21mg/L的情况下,平均去除率分别达到92.4%和94.3%。

不同碳源添加量对地表流人工湿地污水脱氮效果影响

为强化人工湿地的脱氮效能,本研究以地表流人工湿地系统作为对象,试验选取南荻、美人蕉和玉米芯作为外加碳源脱氮材料,探讨在相同进水浓度下各碳源材料为1、1.5、2 g/L时对系统脱氮效果的影响。试验结果显示:三组脱氮材料实验组去除NO3--N的效率显著高于对照组,系统运行前期实验组NO_(3)^(-)-N平均去除率高达99.5%;实验组系统出水有机碳,铵态氮,硝态氮和总氮的各浓度均低于其进水浓度,并没有造成水质恶化的现象,且在平稳期实验组总氮浓度显著低于对照组,可见三种植物可以作为外加碳源脱氮材料;1、1、1.5 g/L分别为南荻、美人蕉、玉米芯的最适添加量,污水中TN浓度分别降到(4.50±0.10)、(3.75±0.29)、(2.28±0.27)mg/L,TN去除率分别可达到64.0%、70.0%、81.8%,适量添加湿地植物碳源,有利于提高地表流人工湿地脱氮效率。

畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟:Ⅰ模型

本文基于零惯性量方程和一维对流-弥散方程建立起畦灌溉施肥地表水流溶质运移模型,并利用HYDRUS-2D软件模拟二维非饱和土壤水流溶质运移过程,以一维地表水流溶质运移模拟得到的通量条件作为二维非饱和土壤水流溶质运移模拟的上边界,利用编制的程序将两个模型进行集成,构建起畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型。基于多时段分步迭代计算方法,实现沿畦长地表入渗溶质通量动态变化条件下的二维非饱和土壤水流溶质运移模拟。

基于混合数值解法的二维畦灌地表水流运动模拟Ⅰ:模型建立

数值模拟畦灌水流运动过程可为地面灌溉系统设计与评价提供必要的工具和手段。本文在利用隐式三点后差分隐时间格式对二维畦灌地表水流运动模型各矢量项进行时间离散基础上,采用有限差分法、有限体积法和有限单元法分别对由隐时间格式与线性化过程生成的物理通量线性近似式系数的空间导数、物理通量的空间导数和地形向量开展空间离散,对经时-空离散后形成的控制方程代数方程组进行数值解算,构建起基于混合数值解法的二维畦灌地表水流运动模型。

自然降雨对黑土地表氮素养分流失的影响

针对黑土利用现状,在吉林农业大学黑土区选择不同利用方式的玉米地、休闲地、果园、草地,并在玉米区进行了不同数量的施肥. 通过野外试验,采集2002年度5～10月历次自然降雨(共7次)产流及泥沙样品,同时采集降雨前后的耕层土壤样品,研究了黑土区地表径流对氮素养分特征及肥力退化的影响.结果表明:侵蚀泥沙的粒级分布特征表现为(1～0.05 mm与0.05～0.01 mm)2个粒级接近80%.土壤TN流失随植被覆盖度增加而减少;径流矿质氮流失随植被覆盖度增大并无减少,即植被覆盖度并不能减少土壤矿质氮流失;不同的植被类型,NH+4-N流失相差较大,NO-3-N相差较小.在土壤养分含量差异不明显时,施肥量对黑土径流氮素养分流失的影响表现为泥沙TN、径流TN浓度均随氮用量增加而增加;当氮肥施用量为N2(98 kg/hm2),磷肥(44 kg/hm2)施用量为P2时,泥沙和径流氮素流失相对较小.

基于混合数值解法的二维畦灌地表水流运动模拟Ⅱ:模型验证

基于典型畦灌试验观测数据和地表水流运动模拟结果,对比分析采用混合数值解法和Roe有限体积法数值求解二维全水动力学畦灌模型在数值计算稳定性与收敛性、计算精度与效率间的差异,验证基于混合数值解法的模型模拟效果。结果表明,混合数值解法要比Roe有限体积法表现出更佳的数值计算稳定性和收敛性,形成的水平衡误差和平均相对误差相对较低,相同度量环境条件下的数值计算效率提高3倍以上。基于混合数值解法的二维全水动力学畦灌数值模型明显增强了数值计算的稳定性和收敛性,有效提高了计算精度和效率,为开展畦灌系统设计与性能评价提供了可靠的数值模拟手段。

基于特征线法的畦灌施肥地表水流溶质运移模型研究

为实现畦灌施肥技术参数的优化组合,建立合理的模型工具至关重要。基于零惯性量模型和一维对流弥散方程ADE作为畦灌施肥水流和溶质运移方程,分别利用有限差和特征线法进行求解,建立基于特征线法的畦灌施肥地表水流溶质运移模型。以隐式有限差解法为对照,对特征线法引入的数值误差状况进行评价。结果表明,相对于隐式有限差解法,采取特征线法求解ADE时引入的数值震荡和数值弥散有显著减少,基于特征线法的畦灌施肥地表水流溶质运移模型更合理。

地表起垄微聚流技术对渭北果园土壤水分分布的影响

以渭北果园盛果期果树为研究对象,对地表起垄微聚流技术调控下0—600cm土壤剖面水分含量在时间和空间上的分布状况进行了研究。结果显示:(1)在地表起垄微聚流处理下,年平均储水量为1 537.9mm,高于对照9.99%,年周期内呈现双峰曲线变化趋势,分别在9月(1 616.2 mm)和2月(1 665.2mm)达到高峰。(2)该技术能提高土壤剖面的土壤含水量。随土层深度的增加,土壤剖面水分空间分布呈现出减小—增大—减小的波浪型变化趋势。保水作用由强转弱后逐渐增强,可有效缓解果园深层土壤干燥化,有利于果园生态系统的健康稳定发展。(3)该技术能提高土壤水分利用效率,增加果树产量,改善果实品质。研究表明,地表起垄微聚流技术能有效利用膜垄的集水和沟覆盖的蓄水保墒功能,显著提高降水的利用效率,改善果树的水分状况,维持果园生态系统的稳定性。

典型地表缓流河流可见水华污染预警研究

以地表缓流河流为研究对象,利用相关加权营养状态指数(TLI)模型及广义回归神经网络(GRNN),建模预警可见水华的暴发。先选取叶绿素a(Chla)浓度为基准参数,氨氮、透明度为参数,建立相关加权营养状态指数模型,并利用统计分析法确定出TLI阈值为70、水温阈值为28℃。再以TLI、水温为输入,以水体中的Chla为输出,建立并训练GRNN。将TLI阈值、水温阈值带入GRNN中,最终确定可见水华暴发的Chla临界值为33μg/L。基于TLI、水温、Chla等的阈值,以监测数据进行验证对比,准确率达85%。用该方法来预警地表缓流河流可见水华具有很高的准确度。

地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型研究综述

畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型对改进畦灌施肥技术,提高田间氮肥利用率及促进灌溉农业可持续发展具有重要意义。本文评述了畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型研究现状及其存在的问题,结论认为,有必要引入二维非饱和土壤水流溶质运移模型,以构建一维地表与二维非饱和土壤水流溶质运移集成模型并扩展其功能;求解地表溶质运移对流弥散方程ADE时,应研究更为高效便捷的方法,以更有效解决数值误差问题。

膜孔灌溉地表水流运动的计算机模拟

膜孔灌溉属覆膜灌溉方式的一种,是将地膜平铺于畦中,畦内土壤全部被膜覆盖,利用地膜输水,通过作物的放苗孔和专用灌水孔入渗来进行灌溉.结合在新疆乌兰乌苏所作的田间试验资料,基于零惯量法,讨论了畦尾封闭条件下膜孔灌溉地表水流推进与消退的计算机模拟方法,并进行了验证.结果表明,文中所采用的模拟方法简便可靠.

紫色土细沟水流输沙能力对近地表水流作用的响应

地表径流与近地表水流耦合作用会引发强烈的土壤侵蚀。输沙能力作为土壤侵蚀的关键参数之一,对完善近地表水流作用下的土壤侵蚀过程具有重要的理论意义。通过限定性细沟模拟试验,采用从底部供水的方式构建近地表水流,在此基础上测定了距弱透水层不同饱和深度(5、10、15 cm)与水力条件(3个流量2、4、8 L·min^(-1),3个坡度5°、10°、15°)下细沟水流的输沙能力,进一步采用多变量非线性方程分析流量、坡度、近地表水流饱和深度及其交互作用对细沟水流输沙能力的影响。结果表明,输沙能力随近地表水流饱和深度的增加而增大,且增大的速率逐渐减小,最终输沙能力趋于稳定。细沟水流输沙能力与流量、坡度及近地表水流饱和深度呈正相关关系,与坡度相比流量对输沙能力的影响作用更大。试验结果为明确地表径流与近地表水流耦合作用的土壤侵蚀机制提供了一定的理论基础与科学依据。

黄土区波涌畦灌条件下地表水流运动实验与数值模拟

探讨了西北黄土区波涌畦灌条件下地表水流运动问题,在室内重复进行了黄土坡地波涌畦灌实验,建立了相应的数学模型,采用有限差分法求得的数值解与实验观测过程拟合良好,证明了模型的可行性。同时,依据实验及数值模拟的结果分析了波涌畦灌地表水流运动的一般特性。

紫色土细沟剥蚀率对近地表水流作用的响应

近地表水流的存在会加剧土壤侵蚀过程,剥蚀率是土壤侵蚀预报模型的重要物理参数,其对近地表水流的响应值得进一步研究。采用限定性细沟模拟冲刷试验,探讨不同工况条件(3个近地表水流饱和深度5,10,15 cm;3个坡度5°,10°,15°;3个流量2,4,8 L/min)下紫色土细沟剥蚀特征。结果表明:不同近地表水流饱和深度下细沟剥蚀率随沟长和含沙量分别呈指数和线性下降,剥蚀能力在近地表水流饱和深度为15 cm时最大,随着近地表水流饱和深度减小而减小;多元非线性回归方程分析表明,细沟剥蚀率与流量、坡度和近地表水流饱和深度均呈正相关关系,其标准化系数分别为1.14,0.72,0.36,说明细沟剥蚀率在近地表水流存在的条件下对流量的敏感性大于坡度。研究结果为紫色土近地表水流作用下细沟侵蚀机理提供一定的理论依据。

浅埋深超大采高综采工作面过地表沟流防治水技术

地表沟流对浅埋超大采高综采工作面的回采影响主要有2个方面,一是地表水通过导水裂缝渗入采空区,威胁生产安全;二是地表沟流成因使得流经区域基岩较薄,井下回采矿压显现不明显,坚硬煤体对生产造成不利影响。以上2类问题看似互不相干,却通常同时存在,成为矿井安全高效回采的难题。以神东矿区上湾煤矿12402工作面为例开展研究,研究了该环境下地表塌陷等情况,在此基础上提出了浅埋藏、超大工作面工作过地表沟流防治水措施,包括疏放地表积水、回填塌陷河床、加高堤坝等综合治理措施,用以保证河道畅通,提高河床防渗性,从而达到防治水的目的。此外,通过井下探放含水层等关键技术,解除了含水层涌水威胁;通过增大工作面及巷道的排水能力,有效解决了工作面涌水问题;未通过调整底板坡度,就达到了减少采空区积水的目的,使采空区内积水排向防水点,避免了采空区积水进入工作面,通过以上井下综合防治水措施可从时间和空间上分解防治水压力,达了较好的防治水效果。为了保证沟流下放工作面安全生产,结合基岩薄、埋藏浅矿压显现特征,采用数值模拟、现场试验等方法,提出了水力压裂弱化煤体强度来解决坚硬煤体强度的方法,通过数值模拟确定了压裂参数,优化了压裂设计方案,并在实际生产中不断完善,降低了煤体能耗,达到了保护设备和除尘降尘的效果。

兴隆山山系地表主干流水化学特征及影响机制

地表水是人类日常生活的主要水资源的来源,通过前期的调查和了解,兴隆山地区共有兴隆山和马啣山2条主要的地表水系。随着该地区旅游业的发展,人类活动对于该地区地表水系的影响日益增强。因此,在自然作用与人类活动的影响下,该地区的地表水系的化学特征或许会发生一些改变。该文以兴隆山与马啣山地表主干流为例,开展地表主干流影响机制研究,从而得出地表流水的化学特征及影响机制,提出科学的水资源治理方案。运用水文地球化学及统计学方法,对马啣山山系及兴隆山山系地下水特征进行系统研究,得出马啣山地区的地表水的总溶解固体量小于200 mg/L,属于淡水,总硬度为5.154度,属软水,平均pH为7.6,属弱碱性水,主要阳离子含量从高到低的顺序为Ca^(2+)>Mg^(2+)>Na^(+)>K^(+),根据Gibbs图判断马啣山地表主干流属于蒸发-结晶型;兴隆山地区的地表水的总溶解固体量稍大于200 mg/L,属淡水,总硬度为8.101,属硬水,平均pH为7.4,属弱碱性水,主要阳离子含量从高到低的顺序为Ca^(2+)>Mg^(2+)>Na^(+)>K^(+),根据Gibbs图判断马啣山地表主干流属于蒸发-结晶型。

表施尿素下引黄畦灌水流中氮素迁移转化规律试验研究

为了研究引黄灌溉条件下氮素在地表水流中的特点,促进表施肥料下田间灌溉系统设计和管理的改进,基于引黄畦灌撒施和液施尿素试验资料,分析了地表水流中尿素沿畦长的迁移转化过程,水流水力、水质的影响,以及氮素浓度的时空变异特征。结果表明,水流中氮素主要以有机氮的形式存在,尿素的水解需要一个过程;悬浮颗粒物不是引起不同氮素沿程变化的主要原因。撒施在流速等作用下,氮素存在明显的畦首流失,畦尾累积,且总氮、有机氮、氨氮和硝氮与距离的相关系数都大于0.8,为高度相关。施肥方式对地表水流中氮素分布有显著的影响,液施较撒施可以提高地表水流中氮素时空分布的均匀性,总氮在撒施30 min时的变异系数比开始大0.38。不同氮素的性质不同,在迁移转化过程中不完全同步。

复合介质人工浮岛对缓流水体N、P修复研究

针对目前人工浮岛技术对氮磷去除效率低的现状,提出了一种层状复合介质人工浮岛原位水体净化技术,通过试验对其受水力停留时间、气水比及温度的影响进行了研究。试验结果表明,该人工浮岛技术对于缓流地表水体N、P去除效果较好,且优于传统人工浮岛装置。随着水力停留时间的增加,其去除率增大,通过试验进一步确定其适宜气水比为10:1,此时系统对氮磷的去除率比未曝气时增加1倍。在此运行条件下,水温高于13℃及水力停留时间为2.5d时,人工浮岛系统对水体中氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷的平均去除率分别为87.6%、63.8%、82%和83.5%;当水温低于13℃时去除率显著降低,此时延长HRT至7d时,系统对总氮和总磷仍有较高的净化效果,去除率分别为70.1%和69.2%。

涌流沟灌地面水流运动试验浅析

本文根据田间灌水试验实测资料,分析了涌流沟灌地表水流运动周期推进,退水及水深变化的特点,对涌流沟灌的进一步研究具有重要的参考价值。