冬春季生态沟渠对农田径流污染物的净化效果分析

为有效提高冬春季沟渠的净化效率,在原有土质沟渠中增设耐寒植物黑麦草浮毯与填料透水坝构建生态沟渠,分析生态沟渠对农田径流中主要污染物的削减率,对比沿程不同处理段对污染物的净化效果,估算植物吸收对于污染通量降低总量的贡献。结果显示:在冬春季节,生态沟渠对总氮(TN)、硝氮(NO_(3)^(-)-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和悬浮物(SS)的总削减率均值分别为29.06%、54.93%、20.76%、54.08%和49.85%。透水坝段的TN和NO_(3)^(-)-N沿程削减率最高;植物浮毯+透水坝段的TP和COD沿程削减率最高;植物浮毯段的SS沿程削减率最高,其对NO_(3)^(-)-N、TP和COD也有较好的净化效果。在降水量达到10 mm以上的9 d内,TN和TP的污染通量降低总量分别为11.43和0.27 kg;黑麦草吸收的氮、磷量分别约占污染通量降低总量的20.6%和55.6%。大雪融化后气温降至0℃以下,可能引起土壤冻融作用,雪水径流中的氮、磷浓度显著升高,此时生态沟渠对径流中氮、磷的净化效果不明显,可利用周边河塘暂存雪水径流,后续结合生态措施对污染物实施强化处理。

宁夏黄土区稀疏带状山杏人工林土壤湿度动态与影响因素

【目的】以宁夏南部黄土丘陵区带状山杏人工林为例,揭示林带内与带间的不同深度处土壤湿度的时空变化及其关键环境影响因素,为半干旱区林草植被科学管理及雨水资源高效利用提供依据。【方法】2020—2022年,在宁夏彭阳县山杏人工林带内和带间各布设1套200 cm测深的智墒传感器,分层逐时监测土壤体积含水量和土壤温度变化,同时布设1台气象站连续监测近地面降水、气温、空气湿度等气象条件,采用相关分析探究土壤湿度对前1日土壤湿度、土壤温度和气象因子的响应规律。【结果】2020年和2021年为平水年,降水量分别为467.4和440.8 mm;2022年为枯水年,降水量为354.8 mm;土壤体积含水量平均值为平水年(2021年,17.0%)显著高于枯水年(2022年,14.3%)。土壤体积含水量随土层加深呈近线性增加,其斜率表现为林带间高于林带内,平水年高于枯水年。在0~120 cm土层的土壤体积含水量为林带内(15.3%)高于林带间(14.0%),但在120~200 cm土层为林带间(17.6%)高于林带内(16.8%)。在0~60 cm土层的土壤体积含水量变异系数为林带间(42.9%)高于林带内(37.8%),但在60~200 cm土层为林带内(23.2%)高于林带间(19.1%)。土壤湿度变化的季节格局为:相对稳定期(3—4月)、耗损期(5—8月)、恢复期(9—11月)和衰退期(12月—次年2月),最大值多出现在4月,最小值出现在8月(平水年)和12月(枯水年);土壤湿度变化的垂直空间格局为:速变层(0~50 cm)、活跃层(50~90 cm)、次活跃层(90~170 cm)、相对稳定层(170~200 cm)。相关分析发现,土壤湿度日变化相关性最强的环境因子为正相关的前1日土壤湿度和负相关的土壤温度,月变化相关性最强的环境因子为负相关的土壤温度。【结论】宁夏黄土区稀疏带状山杏人工林林带内和林带间土壤湿度在季节和剖面上均表现出较大波动,枯水年比平水年波动的层次更深。综合分析发现前1日土壤湿度、土壤温度、气象因子均是影响枯水年和平水年日及月尺度各剖面层次土壤湿度变化的要素。其中,前1日土壤湿度和土壤温度为主要影响因子;在0~120 cm土层内的土壤湿度为林带内高于林带间。本研究结果对宁夏半干旱黄土区水平沟整地后退化植被科学恢复及土壤水分高效利用有很好的指导意义。

道路生态滤沟回填黄土毛细持水特性试验研究

市政道路生态滤沟雨季积水渗透、旱季保墒是基本功能,而黄土生态滤沟回填土的设计无据可依,常导致景观植被雨季渍害或旱季枯死。为此,通过对重塑黄土进行小尺寸毛细水上升高度试验、大尺寸持水特性模型试验以及非饱和数值分析研究。结果表明:当干密度分别为1.3 g/cm^(3)、1.4 g/cm^(3)时,土柱的最终毛细水上升高度均可达到100 cm。土柱高度超过20 cm后,其含水率基本保持稳定,稳定含水率分别为30.0%、28.0%;在重塑黄土毛细水上升过程中,存在一个暂态饱和区,其中干密度越小,孔隙比越大,大孔隙数量增多,毛细吸力减弱,导致水分迁移速率较慢,同时被湿桥封闭的大气泡数量也较多,因此暂态饱和区的持续时间较长。对于1.3 g/cm^(3)的土柱,其湿润锋时程曲线的模拟值与实测值基本吻合。综合考虑黄土地层稳定的天然平均干密度、毛细水上升高度及其持水特性以及生态滤沟回填土在后期将经历反复的渗透固结与毛细作用,采用1.2 g/cm^(3)作为回填控制干密度,以确保市政道路生态滤沟中的植土在旱季仍能维持植被生长所需的土壤湿度。

生态沟改良技术及组合工艺净化效果分析

生态沟是一种经济高效、广泛应用于农业面源污染治理的方法,主要由植物、基质和排水沟构成。本研究重点分析了水生植物、微生物、基质、水体流速和水位等环境因子对生态沟净化效果的影响,并梳理了国内外生态沟的改良技术及组合工艺。结果表明,经过结构改良的二级生态沟和沸石屏障生态沟显著提高了总磷、总悬浮物和氨氮的去除效果;几种生态沟的组合工艺能够增强对污水的净化能力,优化生态景观,并且能将碳转化为有机物积累在基质或者生物体内,具有碳汇效应,有助于实现双碳目标。研究结论可为生态沟与其他工艺组合、应用范围的拓展以及工程实践提供参考依据。

河套灌区农业高效节水与面源污染防控技术

针对河套灌区水资源短缺、农业面源污染严重等问题,从不同空间尺度和治理环节入手开展灌区农业高效节水与面源污染源头防控技术研究。研发了针对污染源头的农田水肥盐药调控管理技术模式(包括除草剂残留研究与用量推荐、土壤水氮盐和作物生长对水肥管理的响应、减量膜上秋浇技术及次生盐渍化土壤微生物改良技术)、针对农田排水的富氧生态沟渠截污净化技术模式和区域尺度的面源污染空间解析识别技术,并集成构建了贯穿源头控污—过程削污—区域查污—系统调污的高效节水型农业面源污染防控技术体系。基于现状研究和新发展理念提出了河套灌区水土资源领域研究的几点认识,相关成果为河套灌区高质量发展提供了重要支撑,对同类型灌区具有重要借鉴意义。

带状砂沟模式下土壤入渗过程模拟研究

[目的]探究土壤质地类型和砂沟结构参数对土壤入渗过程的影响,为砂沟集雨工程设计、运行和管理提供科学依据。[方法]基于HYDRUS-2D/3D软件,建立带状砂沟模式下土壤水分运动数学模型,利用室内试验验证模拟带状砂沟模式下土壤入渗过程的可靠性。在此基础上,模拟分析不同影响因素下带状砂沟模式下土壤累积入渗量和湿润锋运移变化过程。[结果]模拟结果与实测数据无显著性差异且一致性良好,表明所建模型及其求解方法能够有效获取带状砂沟模式下不同时刻土壤累积入渗量和湿润锋运移距离数值;均质土壤填充带状砂沟存在明显的增渗效应。原土质地、砂沟距、砂沟宽和砂沟深均对增渗率有较大影响,增渗率随原土饱和导水率和砂沟距的增大而减小,随砂沟宽和砂沟深的增大而增大;土壤湿润锋轮廓呈下低上高的U形,随时间的延长,U形侧边湿润锋逐渐靠近砂沟交汇面,顶部平台逐渐消失;原土质地对湿润锋运移距离影响较大,湿润体随原土饱和导水率的增大而增大;砂沟深对湿润锋的形态和分布影响较大,随砂沟深度的增大,U字体型垂向拉伸,左侧湿润深度显著增大,右侧湿润深度变化微弱;砂土质地、砂沟距和砂沟宽对湿润锋运移距离影响较小。[结论]带状砂沟土体构型能够显著提高土壤入渗能力,土壤质地类型和砂沟结构参数对土壤累积入渗量和湿润锋运移距离均有不同程度影响。

双层隔震梁结构关键施工技术

以北京市城市规划设计研究院新建业务综合楼为载体,针对狭窄环境下核心筒结构隔震支墩、地下结构劲性双层隔震框架梁、超高隔震沟外墙等关键施工部位,合理地进行隔震支座与主体结构的节点深化,优化隔震支座与框架结构的连接工艺措施,调整隔震沟外墙与支护结构的施工工艺,重视韧性结构关键节点的质量与安全,取得了良好的技术经济效益,值得类似项目借鉴。

爆破振动组合降振方法的减震效果研究

为分析预裂爆破+减震沟组合降振方法的降振效果,首先运用LS-DYNA软件分别对单一预裂爆破和预裂爆破+减震沟组合降振方法进行数值模拟,得出预裂爆破+减震沟组合比单一预裂爆破降振效果更好,相差比例最大可达61%;然后进行爆破振动现场监测试验,论证了数值模拟结论的正确性;最后得出结论,认为预裂爆破+减震沟组合降振效果更好,降振方法的选取应结合地质条件、实际工况和周围被保护对象的要求进行综合分析。

长距离输水管道沿线穿洪沟防护设计研究

以新疆某长距离输水工程为例,针对管道沿线穿越不同的地质条件、不同宽度洪沟,在工程管线设计洪水重现期内洪水的防护进行分析。通过分析交通、明渠、埋地管道等常见的线性工程防护型式,确定工程建筑物布设型式;再根据穿越的山前倾斜砾质平原区、低山丘陵区、山前剥蚀准平原区三个地貌单元,对防护关键参数进行定量化分析;最后结合洪沟洪痕确定防护范围,为长距离输水管道沿线洪沟处防护设计提供参考。

安钢4000 m^(3)级高炉炉前设备环保设施概述及改造

当今社会中,环保已经成为越来越多人关注的问题。高炉出铁场,尤其是铁口附近、渣铁沟周边的炉前区域,是整个高炉车间操作人员最多、工作条件最差、自动化程度最低的地方,也是高炉工序除尘的重点和难点。通过对炉前环保设施简单描述,分析铁口区域烟尘产生原因及分布情况,发现其中存在的不足,通过部分改造使炉前环境达到更高的环保标准。

Analysis on Landscape Characteristics of Agricultural Ditches in Lake Dianchi Basin

In recent years,the ecological quality of ditches became worse and worse with the degradation of its ecological functioning.It was necessary to apply a multi-disciplinary and multi-scale approach to study ditches based on landscape ecology theory.Spatial and network features of agricultural ditches in Lake Dianchi Basin were analyzed by geographic information system technology.The results indicated that the ditches at high level were made by concrete or block stones,the coverage of vegetation of buffer zones and width ratio between ditch sections and vegetation zones were very low;The network of agricultural ditches in Lake Dianchi basin had similar characteristics,the connectivity and circuitry were low,and the fractal dimension index of ditch network were larger in southeastern and southern banks.

长江流域农田生态排水沟渠氮削减效应研究

为研究长江流域农田生态排水沟渠对总氮(TN)的削减效果,本研究收集长江流域生态排水沟渠的639项野外现场试验数据,通过Mann-Whitney U检验和K-W检验方法探究了不同植被类型、沟渠类型、强化措施类型、温度范围和进水浓度范围等因子对生态排水沟渠TN削减效率的影响。结果表明:在农田生态排水沟渠中,不同植被类型中的多种人工植被对TN削减效果最好,平均削减效率为47.72%;沟渠类型为边坡半衬砌(沟壁材质为部分混凝土,沟底材质为全土)对TN去除效果最佳,其平均削减率为58.18%;强化措施类型中,添加基质类和设置拦截类强化措施的生态排水沟渠对TN削减效果最好,其平均削减效率为54.24%;气温处于>25~35℃时生态排水沟渠TN削减效果更有效,而在低温环境下可以通过种植耐寒植物(绿狐尾藻、黑麦草等)提高削减率;沟渠进口TN浓度多数集中在>2~4 mg·L^(-1)之间,沟渠出口TN浓度主要分布在0~2 mg·L^(-1)之间,TN进口浓度为>2~4 mg·L^(-1)时沟渠TN削减效果最佳;不同浓度条件下,沟渠选择种植多种人工植被,对沟壁进行半衬砌,设有强化措施都能有效提高TN的净化效果;TN削减效率与水力停留时间、沟渠长度、水深呈现正相关;在多种因素最优的情形下,TN表面去除负荷随着TN进口浓度增大而增大。研究表明,长江流域农田生态排水沟渠选择多种人工挑选的植被、沟渠类型选择边坡半衬砌、同时添加基质类和设置拦截类强化措施更能有效地削减TN,并且控制气温在>25~35℃和进口浓度为>2~4 mg·L^(-1)来削减TN,另外延长沟渠长度和控制水体的水深、水力停留时间可更好地削减TN。

林地开沟机刀具优化设计与试验

针对林地开沟条件恶劣、开沟困难的情形,设计一种开沟刀,对设计的开沟刀进行切削土壤研究与参数优化。利用LS-DYNA建立开沟刀—土壤切削有限元模型,得到开沟刀土壤切削过程等效应力、切削阻力以及切削能耗的变化规律。以平均切削阻力为指标,建立正交仿真试验,探究刀片厚度、刃倾角和刀片切削速度对平均切削阻力的影响。正交仿真试验结果表明:平均切削阻力最小时的最优参数组合为刀片厚度6 mm,刃倾角45°,刀片切削速度2 m/s;各因素影响平均切削阻力的顺序为刀片切削速度>刀片厚度>刃倾角。对优化后的开沟刀进行静力学分析,刀具的强度与刚度满足要求。林地试验开沟刀切削阻力平均值为232.6 N,试验值与仿真值误差为7.1%,表明开沟刀—土壤切削模型可用于开沟刀参数优化。

油菜高速直播机开畦沟装置刀组优化与试验

针对长江中下游现有油菜机驱动型开畦沟装置高速(≥10 km/h)作业存在功耗较大、沟形不稳定的现实问题,该研究设计了一种刀体低阻触土面近似为螺旋桨叶面的类螺桨式开畦沟装置。基于运动学、动力学设计了由4组刀盘组成的类螺桨式刀组,确定了影响其作业功耗、作业质量的关键参数范围。基于EDEM软件开展了刀片刃型、螺距角及弯折角的单因素试验,结果表明:后磨刃耕阻最小,螺距角增大使刀片耕阻先减小后增大、抛土性能下降,弯折角增大使整体耕阻减小、抛土性能下降;1~4号刀盘的刃角结构为后磨刃,螺距角分别为7°、5°、4°、3°,折弯角分别为120°、120°、90°、90°时阻力较小,抛土性能较好。以螺距角、作业速度和刀盘转速为因子的Box-Behnken仿真试验,采用遗传算法对功耗和抛土性能进行多目标优化,结果表明:作业速度、刀盘转速、螺距角增大均使功耗上升,其中作业速度影响最大;作业速度降低、刀盘转速增高均使抛土效率提高;优化后1~4号刀盘对应的的螺距角分别为6.7°、4.7°、3.5°、2.5°;作业速度6、9、12 km/h时刀盘较优转速分别为540、620、810 r/min,优化刀组作业功耗低于对照组和国际ⅠS225刀组,总功耗较对照组分别降低5.51、11.78、28.99 kW,且12 km/h时减阻率最高,约为41%。田间试验表明:作业速度6~12 km/h时优化后开畦沟装置的总功耗为15.1~41.8 kW,与仿真结果相对误差小于10%,沟宽、沟深稳定系数均达90%以上。研究结果可为长江中下游稻油轮作区油菜高速开畦沟装置的优化改进提供参考。

绿洲农田防护林树干水分传输的方位差异

[目的]对栽植于渠道旁的绿洲农田防护林树干向、背渠两侧边材液流速率进行定位观测和比较,明确特殊立地条件下树干边材水分传输的方位差异,为提高利用液流估算树木蒸腾精度提供科学依据。[方法]以乌兰布和沙漠绿洲农田防护林的3种杨树(小美旱杨、新疆杨和北抗杨)为研究对象,采用有8个监测位点的热场变形液流测定技术同步监测和对比树干向渠和背渠2个方位的边材液流速率。[结果]边材液流速率在向渠侧(J_(Q-side))显著高于背渠侧(J_(NQ-side))(P<0.01),且3个树种表现一致。观测期内,小美旱杨、新疆杨和北抗杨的J_(Q-side)为J_(NQ-side)的1.83倍(R^(2)=0.90)、1.40倍(R^(2)=0.71)和3.55倍(R^(2)=0.71),典型晴天的J_(Q-side)日峰值平均值分别可达3.38、2.47和5.35 cm·h^(−1),午间前后,树干向、背渠两侧边材液流速率差异最大。J_(Q-side)和J_(NQ-side)均表现出随边材深度而递减的显著变化,其中向渠侧边材各位点(1.5~7.5 cm)的液流速率均显著高于背渠侧相应位点(P<0.01),该径向变化规律在每个树种不同方位均表现出一致性,可通过负指数函数较好拟合(R^(2)>0.98)。[结论]灌渠引起绿洲农田防护林树干向、背渠两侧边材的水分传输产生显著差异,但并不改变各方位的径向变化格局。

管沟机器人自动化检测系统设计

随着铁路涵洞、公路排水渠和城市管网的快速发展,管沟维护任务的工作量逐年增加;为了确保工作人员的安全和提高管沟维护的效率,设计了一套管沟自动化检测系统;该系统由PC、控制手柄、管沟机器人和线缆车构成;管沟自动化检测系统以PC为核心,PC通过RS485与控制手柄、管沟机器人和线缆车进行通信;PC下发指令给机器人和线缆车,对管沟机器人和线缆车进行远程操控与传感器数据监测;PC通过同轴电缆接收管沟内部图像,实时对管沟进行监控;经实验测试,该管沟自动化检测系统能够正常运行在管沟环境中,机器人通信距离超过100 m,PC上位机实时显示1080P 30 Hz的管沟视频;该管沟自动化检测系统具有一定的应用价值,符合设计需求,具有一定的推广价值。

沟水回灌水肥耦合对滴灌油葵节水控盐、增产提质的影响

为探究宁夏引黄灌区滴灌条件下盐碱化土壤油葵增产提质的适宜灌溉量与施肥量,以油葵为研究对象,以沟水为灌溉水源,通过3个灌溉水平与3个施肥水平的不同组合,探究不同水肥条件对油葵的生长、产量、品质、作物水分利用效率以及土壤pH和脱盐率的影响,并采用CRITIC综合评价法进行分析,以期为宁夏引黄灌区盐碱化土壤油葵水肥管理提供参考。研究结果表明,滴灌条件下,高水高肥(S3F3)处理生长、产量指标均最优,但就产量而言,与中水中肥(S2F2)处理差异不显著;就水分利用效率而言,中水中肥处理(S2F2)最优;对于油葵品质而言,中水高肥(S2F3)处理粗脂肪含量最高,高水低肥(S3F1)处理油酸含量最高,中水中肥(S2F2)处理亚油酸含量最高;就降低土壤pH而言,中水高肥(S2F3)处理表现最优;对于提高脱盐率而言,中水中肥(S2F2)处理显著优于其他处理,较对照提高86.12%;通过CRITIC权重法,得出以沟水为灌溉水源,滴灌技术下适宜宁夏引黄灌区盐碱化土壤油葵节水控盐、增产提质最有效的水肥耦合处理为中水中肥(S2F2)处理,即沟水含盐量为506mg/L,灌溉定额为1875m^(3)/hm^(2),尿素450kg/hm^(2),氯化钾150kg/hm^(2)。

哈尼梯田沟渠的植物多样性特征及其影响因素

哈尼梯田沟渠是一种具有湿地性质的人工溪流,是哈尼梯田可持续发展的关键所在。为探明哈尼梯田不同沟渠的植物多样性与环境因子的关系,以哈尼梯田典型灌区沟渠系统植物为研究对象,运用样方调查法、方差分析和冗余分析对不同类型沟渠的植被群落组成、物种多样性与环境因子的关联性进行分析。结果显示:(1)哈尼梯田沟渠植物共118种,隶属45科100属,以菊科和禾本科植物为主,占总种数的28.81%;植物生态型构成以湿生植物为主(52种),中生植物次之(42种);(2)不同沟渠植物Shannon-Wiener指数、Margalef指数和Simpson指数大致表现为三级沟渠>断头渠>二级沟渠>一级沟渠;Pielou指数则表现为二级沟渠>三级沟渠>一级沟渠>断头渠;(3)冗余分析表明干扰程度对哈尼梯田沟渠植物多样性的影响最为显著,其次为海拔和土壤有机碳,而土壤全氮、全磷、全钾、pH和积水深度对沟渠植物多样性的影响相对较小。哈尼梯田沟渠生境受人为干扰程度的影响最为强烈,适度的人为干扰有助于维持与提高沟渠植物群落多样性水平。该研究结果可为哈尼梯田沟渠植物资源保护和梯田生态系统健康发展提供参考。

“88542”水平沟整地措施下土壤微生物群落空间分异特征

为探明宁夏黄土丘陵区“88542”水平沟整地措施下土壤微生物群落结构的空间分异特征,选取整地措施下形成的水平沟(FL)和上、下相邻水平沟间的隔坡地(GL)表层土壤为对象,通过高通量测序技术,研究整地措施下土壤微生物组成及多样性的变化及其影响环境因素。结果表明,在2种样地共检测到细菌30门、82纲和真菌13门、29纲的微生物。土壤中的主要细菌门为变形菌门、放线菌门和酸杆菌门,主要真菌门为子囊菌门、担子菌门和被孢霉门。2种样地下主要微生物类群的相对丰度存在明显差异,水平沟土壤中变形菌门和担子菌门的相对丰度分别高于隔坡地43.8%和79.6%,隔坡地土壤中放线菌门和子囊菌门的相对丰度分别高于水平沟28.1%和42.1%。α多样性显示,在2种样地间土壤细菌多样性指数无显著差异,但隔坡地上的土壤真菌Shannon、Simpson指数显著高于水平沟。此外,冗余分析显示,脲酶、微生物量碳、有机质以及全N是驱动土壤细菌和真菌群落变化的主要因子。研究结果可为黄土丘陵区整地措施后的生物地球化学过程和微生物变化机制提供理论依据和数据支撑。

剥离黏液层改性污泥回用对污泥颗粒化过程的影响

胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的资源化回收已经得到了广泛研究,但关于剥离EPS后污泥就地回用至污水生物处理系统的研究甚少。通过对剥离黏液层改性后的污泥进行考察发现,改性后的污泥仍具有良好的微生物活性,具备较好的底物降解能力;且相较于原泥,改性污泥的胞外蛋白质与胞外多糖质量比[m(PN)/m(PS)]由1.37提升至1.84,Zeta电位绝对值降低了25.97%,絮凝性能提升,因此改性污泥可回用于污水生物处理系统,并改善其性能。进一步地,研究了改性污泥连续回用至DE型氧化沟系统对其性能及污泥性质的影响,结果表明,随着回用天数的增加,污泥的m(PN)/m(PS)升高,系统内污泥开始颗粒化,粒径大于200μm的颗粒污泥占比达到了30%以上,污泥颗粒化持续增强。因此,连续回用剥离黏液层改性污泥至DE型氧化沟系统,可以促使系统内污泥颗粒化,从而为连续流氧化沟系统的污泥颗粒化提供了新方法。