生活污水为主要补给源的城郊排水沟渠氮磷滞留特征

为揭示生活污水补给影响下排水沟渠氮、磷滞留特征,以合肥市城郊结合部的关镇河支渠为对象,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,以Na Cl为保守型示踪剂,开展5次现场示踪试验.在此基础上,利用OTIS(one-dimensional transport with inflow and storage)模型估算D(扩散系数)、A(渠道过水断面面积)、As(暂态存储区断面面积)、α(暂态存储交换系数)、λ(主流区溶质一阶吸收系数)和λs(暂态存储区吸收系数);并利用营养螺旋原理,计算营养盐的Sw(吸收长度)、Vf(吸收速度)和U(吸收速率)等.结果表明:1As/A具有随流量减小而增大的变化特征,平均值为0.35;5次试验得到的α均处在10-3数量级水平,平均值为2.49×10-3s-1.2Sw-NH4和Sw-PO4(分别表示NH4-N和PO4-P的Sw,下同)均较大,最大值分别达934 020、47 518 m,意味着关镇河支渠已基本不具备氮、磷滞留能力;而Sw-NH4和Sw-PO4均不同程度地出现负值,表明该支渠还具有"源"的作用.3Vf-NH4与河水平均深度、渠道流量均呈显著负相关,Vf-PO4和U-PO4与渠道水面宽度均呈显著正相关.4NH4-N和PO4-P的营养螺旋指标与其相应质量浓度背景值无明显相关性.

基于原位调控的排水沟渠深潭氮磷滞留实证研究

为检验小河流氮磷营养盐滞留中深潭地貌作用,在合肥市境内两条源头排水沟渠,开展深潭容积和水深的土袋原位调控实验,并利用示踪实验和模型模拟技术,估算了调控前后深潭渠段的暂态存储潜力和氮磷滞留能力.结果表明:土袋调控情形下,板桥河支流深潭渠段F_(med)^(200)下降85.42%,A_(s)/A比值降幅达43.49%;二十埠河支流F_(med)^(200)下降82.67%~89.36%,A_(s)/A比值降幅达31.59%~39.78%,表明两条排水沟渠暂态存储潜力显著下降.与空白对照情形相比,板桥河支流深潭渠段NH_(4)^(+)吸收长度Sw增幅达18.38%,PO_(4)^(3-)增幅达201.38%;二十埠支流源头NH_(4)^(+)增幅为15.91%~19.92%,PO_(4)^(3-)增幅为7.05%~24.40%,意味着深潭容积减小、水深下降明显弱化了深潭地貌的氮磷营养盐滞留能力.就滞留率而言,调控情形下两条排水沟渠深潭渠段NH_(4)^(+)滞留率下降了14.54%~31.53%,PO_(4)^(3-)下降了16.93%~53.09%,直观展示了调控对深潭地貌营养盐滞留的影响.总之,案例结果证明了深潭地貌在小河流氮磷滞留中的正面效应.

合肥城郊典型源头溪流不同渠道形态的氮磷滞留特征

为揭示源头溪流中深潭和曲折沟渠两种典型渠道形态的氮磷养分滞留特征,在合肥城郊二十埠河的某一级支流上,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,以NaCl为保守型示踪剂,开展现场示踪实验.在此基础上,利用OTIS模型软件、暂态存储参数和养分螺旋原理,解析深潭和曲折沟渠氮磷滞留特征.结果表明:1深潭的As值较曲折沟渠大,但其α值则较弯曲沟渠小1个数量级,而且As和α值随水文条件变化均不显著;2深潭中主渠道流动水体的NH+4-λ较其暂态存储区的NH+4-λs高2~3个数量级,曲折沟渠的NH+4-λ与NH+4-λs数值较为接近;3深潭中NH+4-Vf较SRP-Vf高1~2个数量级,而在曲折沟渠中,不仅NH+4-Vf与SRP-Vf数值较为相近,NH+4-Sw与SRP-Sw也基本相当;4深潭的NH+4-U较SRP-U高出2~3个数量级,曲折沟渠NH+4-U则较SRP-U高出1~2个数量级;5总的来说,在对NH+4和SRP滞留影响方面,深潭和曲折沟渠存在较大的差异性,且在深潭中NH+4的滞留效应显著超过SRP.

丁坝型挡板调控农田溪流暂态氮磷滞留能力的模拟研究

选择Na Cl作为保守性示踪剂、NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,在巢湖流域的二十埠河某一农田源头溪流段,采用恒定连续投加示踪剂的方式,开展野外示踪实验。通过对不同情景下暂态存储参数和营养螺旋指标模拟结果的比较,解析丁坝型挡板对于溪流暂态存储和氮磷滞留能力的调控效果。结果表明:丁坝型挡板使溪流交换系数α显著增大,其中间距为2.5 m的α值较无挡板情景高出132.36%,1.5 m和3.0 m间距则分别高出825.37%和641.29%;相对于无挡板情景,设置挡板的溪流交换长度Ls明显下降,水力持留因子Rh、行进时间中值F200med及过水断面面积和暂态存储区断面面积的比值As/A等出现不同程度的增大;设置挡板的氮磷吸收长度Sw较无挡板情景显著下降,吸收速度Vf则有不同程度的提高。丁坝型挡板对于农田溪流暂态存储和氮磷滞留能力具有很好的调控效果。

合肥地区不同类型源头溪流暂态存储能力及氮磷滞留特征

为揭示合肥地区不同类型源头溪流暂态存储能力及氮磷吸收滞留的基本特征,在城区和城郊筛选4条典型源头溪流,并以NH4Cl、KH2PO4为添加营养盐,以Na Cl为保守型示踪剂,开展现场示踪实验.在此基础上,利用OTIS模型水文参数(D、A、As和α),计算暂态存储指标(Ts、Tc、Ls、Rh和F200med),进而开展暂态存储能力分析,并以NH+4-N和SRP一阶吸收系数(λ、λs)解析氮磷滞留特征.结果表明:4条溪流水体的α值均处于10-4~10-3数量级;各溪流Tc基本都显著超过Ts,意味着这些溪流水体溶质滞留效应主要来自主渠道流动水体,而不是暂态存储区;根据Tc、Ts、Ls和Rh等指标,得到各源头溪流暂态存储能力排序为:二十埠河二级支流>二十埠河一级支流>十五里河源头段>关镇河支渠;4条源头溪流主渠道流动水体与暂态存储区的NH+4-N、SRP滞留特征存在很大的差异,并且二十埠河一、二级支流和十五里河均不同程度出现λ-NH+4、λs-NH+4为负值的现象,意味着这些水体对于NH+4-N既具有短期存储作用,也起着'源'的作用.

1990-2018年于桥水库流域氮磷浓度变化趋势及影响因素

基于1990—2018年于桥水库流域入库河流与水库的逐月总氮(TN)和总磷(TP)监测数据,整理并分析了1990-2002、2003—2014和2015—2018年3个时段TN、TP浓度和氮磷比(TN/TP)的时空变化特征,探究流域内点面源污染削减、调水、氮磷滞留等对营养盐浓度变化的影响。结果表明,1990—2018年于桥水库TN浓度年均值在1.14~3.74 mg/L之间,水库TP浓度年均值在0.025~0.131 mg/L之间,多年TN/TP平均值为45,远高于淡水磷限氮磷比,是磷限水库。于桥水库流域5个测点中,沙河TN浓度最高,黎河TP浓度最高,入库TN、TP浓度大于库区,水库TP滞留率略大于TN。水库TN、TP浓度在2000s中后期下降,之后出现反弹。原因是2003年水源保护工程实施后,入库营养物浓度降低;2014年底南水北调中线一期工程通水后,于桥水库的引滦水量减少,TN的稀释效应弱化,上游来水TP浓度上升与水库内夏秋两季浮游植物的增殖,导致第三时段水库内TP浓度上升。基于月尺度水质分析,夏季水库TN浓度最低,TP浓度达到峰值,主成分分析表明,历年6—10月的水库Chl.a浓度与TP浓度呈显著正相关。后续富营养化治理应当控制沙河及库周面源的TN输入,同步削减流域内TP负荷,并通过建设和完善前置库、截污沟等工程措施降低入库氮磷浓度。

水库泄洪闸下溪流深潭氮磷营养盐滞留特征及动力学模拟

为解析水库泄洪闸下溪流深潭氮磷营养盐滞留特征,选择NaBr为保守示踪剂,分别以NH_(4)Cl和KH_(2)PO_(4)为添加营养盐,在合肥板桥河源头溪流开展野外示踪实验,据此估算氨氮(NH_(4)^(+))、磷酸盐(PO_(4)^(3-))营养螺旋指标,识别主流区和暂态存储区NH_(4)^(+)、PO_(4)^(3-)滞留贡献水平,模拟深潭地貌的氮磷吸收动力学特征.结果表明,深潭具有较好的氮磷滞留潜力,且对PO_(4)^(3-)的滞留潜力超过NH_(4)^(+);暂态存储区对NH_(4)^(+)的滞留贡献率平均为91.49%,表明NH_(4)^(+)滞留主要发生在暂态存储区;主流区对PO_(4)^(3-)的滞留贡献率平均为96.09%,意味着主流区是PO_(4)^(3-)滞留的主要场所;Michaelis⁃Menten(M⁃M)方程可以较好的模拟深潭氮磷滞留动力学效应,模拟得到的最大吸收速率U_(max)⁃NH_(4)、U_(max)⁃PO_(4)均值分别为0.48、0.08 mg·m^(-2)·s^(-1),半饱和常数Km⁃NH_(4)、Km⁃PO_(4)均值分别为0.26、0.19mg·L-1.

多级拦水堰坝调控农田溪流营养盐滞留能力的仿真模拟

为揭示多级拦水堰坝对于低等级小河流营养盐滞留能力的影响,以巢湖流域某一典型的农田源头溪流为对象,在野外示踪实验和计算机模拟的基础上,针对构建的多级简易水坝,采用暂态存储和营养螺旋指标,仿真模拟多级拦水堰坝对于氮磷营养盐滞留能力的调控效果。结果表明：多级拦水堰坝Darcy-Weisbach阻力系数明显超过无堰坝情形,但其弗劳德数Fr和雷诺数Re则较无堰坝情景低些;多级拦水堰坝相应的交换长度Ls值较无堰坝情景低1∽2个数量级,水力持留因子Rh则较无堰坝情景明显增大,表明多级拦水堰坝使溪流的暂态存储能力得到很大提升;在多级拦水堰坝情景下,NH4＋和PO43-的吸收长度Sw均有大幅度的下降,其中NH4＋削减幅度达70.27%∽89.47%,PO43-为75.59%∽81.92%;不仅如此,在多级堰坝情景下,NH4＋和PO43-的物质传输系数Vf、吸收速率U均显著增大,表明多级拦水堰坝可以有效提高农田溪流氮磷营养盐的滞留潜力。