不同类型人工湿地在污水脱氮中的研究进展

人工湿地脱氮与其类型有着重要联系。不同类型人工湿地的构造、运行方式及复氧能力存在差异,因而脱氮效率有所不同。复合人工湿地的脱氮效率明显优于单一湿地系统。为了克服湿地脱氮中存在的不足,近年来涌现一批新型人工湿地,通过人工增氧、固定化微生物、电化学等新技术优化湿地构造、强化湿地脱氮过程。在总结不同类型人工湿地脱氮特性的基础上,重点分析各类型人工湿地脱氮效率的差异,并对今后的相关研究方向进行展望。

调控碳氧水平促进人工湿地脱氮的研究进展

介绍了溶解氧和碳源的主要来源及两者对人工湿地脱氮产生的重要作用;阐述了间歇增氧及补充碳源对湿地碳氧水平的促进机制。认为调控碳氧水平成为促进人工湿地脱氮的有效手段,但亟需经济高效的方法提升人工湿地的碳氧水平。利用藻塘出水可生态调控人工湿地中的碳氧水平,提升湿地脱氮效能。开发利用藻类物质将为优化人工湿地脱氮提供新的研究点,相关技术方法还有待深入研究。

利用植物碳源提高人工湿地脱氮效果的研究进展

碳源不足已成为人工湿地脱氮受限的重要因素,植物材料因其经济易得、安全有效的特点,被用作外加碳源应用于人工湿地脱氮过程中。通过综述植物碳源的特性、利用方式及其在湿地脱氮中的应用效果,揭示植物碳源的功能及使用机制,为提高人工湿地脱氮效率提供依据及建议。最后,归纳了该研究领域内存在的主要问题,并对今后的发展方向进行了展望。

人工湿地生态除污的机制、影响因素和强化方法

水体富营养化已成为严重的全球性水环境问题,威胁着水质安全,亟需经济高效的水质生态修复技术。人工湿地具有低成本、生态化的去污禀赋,可通过植物-基质-微生物之间形成的物理-化学-生物复合修复机制协同去除水体中的营养物质和有机污染物。归纳了人工湿地对水体中氮、磷及有机污染物的生态修复机制,主要包括植物光合泌氧和吸收能力、基质表面附着和吸附性能以及微生物生化除污作用;同时总结了影响人工湿地除污性能的主要因素,即低温、湿地氧环境和湿地水力性能;据此提出可通过强化湿地低温去污效率、调控湿地氧补充方式和水平以及改进湿地水力性能等措施增强人工湿地去污效率。最后,针对人工湿地设计、使用及研究中存在的一些问题,提出建议及展望,为人工湿地的推广和应用提供科学依据。

人工湿地在修复富营养化水体中的应用及研究进展

近年来,水体富营养化呈现加剧态势,不仅引起藻类爆发,还严重影响水质安全。其中,氮、磷和有机物是造成水体富营养化的主要污染物。人工湿地作为一种低成本、高效率的生态治理技术,适用于修复富营养化水体。影响人工湿地去污的主要因素包括:湿地类型及构建方式、水力运行条件和碳氧水平。探讨了人工湿地净化富营养化水体的主要机制,总结了影响人工湿地去污的主要因素,并提出相应的改进方法。最后,对今后的相关研究方向进行了展望。

降雨输入对青龙河流域HSPF模型模拟结果的影响

为评价降雨输入对青龙河流域BASINs/HSPF模型模拟结果的影响,改善HSPF模型模拟精度,应用趋势成分建模、周期成分建模、相依随机建模和独立随机建模(白噪声)等随机建模程序和蒙特卡洛计算机模拟方法,获得200组降雨随机模拟序列,分别作为青龙河流域BASINs/HSPF模型的输入,以Nash-Sutcliffe效率系数(E NS)作为模型模拟效果的评价标准,获得如下结论:采用趋势成分、周期成分与ARMA建模以及正态随机模拟获得降雨随机模拟序列是量化降雨输入随机性的可行方法;在模型参数优化的条件下,降雨随机模拟序列HSPF模拟E NS值的变化区间为[71.09%,74.96%],波动幅度达3.87%,表明降雨输入随机性对于HSPF模拟结果具有显著影响;当考虑每年的日降雨量极大值时,E NS值变化区间为[75.35%,78.81%],波动幅度达3.46%,且结果均优于没有考虑降雨极大值点的降雨随机模拟序列,表明降雨时间序列的极大值点对于HSPF模拟效果具有显著影响;随着降雨时间序列中所考虑极大值点数量的逐渐增多,HSPF模拟效果出现下降趋势,表明HSPF模拟应特别关注若干最大极值点的影响;降雨输入的不确定性是HSPF模型模拟结果不确定性的重要来源,改善HSPF模拟效果需要考虑降雨时间序列随机性和极值点因素的影响.本研究可为量化降雨输入对HSPF模型模拟的影响以及HSPF模拟的降雨情景优选提供借鉴.

基于MIKE FLOOD的典型滨湖城市排水防涝系统规划

为了评估巢湖市城市排水(雨水)防涝风险状况,应用MIKE FLOOD软件对巢湖城市排水防涝系统现状进行计算机建模。结合巢湖市排水防涝系统具体的现状资料提出了适宜的一维管网和二维耦合建模技术路线,应用积水点宏观校准方法进行了模型验证,采用短历时和长历时设计降雨对内涝风险进行了评估,可为城市排水防涝综合规划编制提供借鉴。

基于正交极差分析的青龙河流域HSPF模型参数寻优模式

为评价桃林口水库水文水质状况,建立其上游青龙河流域的BASINs/HSPF水文水质模拟模型.以Nash-Sutcliffe效率系数作为评价标准,联合正交设计和极差分析法进行参数寻优研究和可靠性分析.结果表明:BASINs/HSPF模型参数寻优的正交极差联合分析模式可大幅减小参数的寻优次数和寻优区间,是获得模型灵敏度参数和参数满意解的高效模式,可为模型参数寻优算法开发提供借鉴;应用正交极差分析的参数率定结果,以青龙河流域下游桃林口水库监测点2011年实测径流数据对模型进行验证,验证期(2011年)的Nash-Sutcliffe效率系数为0.79,稍低于率定期(2012年)的Nash-Sutcliffe效率系数(0.81)以及PEST自动校准的Nash-Sutcliffe效率系数(0.84),水质模拟结果也基本吻合;针对青龙河流域BASINs/HSPF模型,应用正交极差分析方法识别出6个高灵敏的BASINs/HSPF模型参数(IRC、INFILT、AGWRC、DEEPFR、AGWETP和LZSN);应用正交极差分析方法获得的BASINs/HSPF模型参数满意解取值区间依次为:LZSN[2.0,6.3],INFILT[0.084,0.167],AGWRC[0.90,0.95],DEEPFR[0.209,0.333],BASETP[0.067,0.199],AGWETP[0.067,0.199],CEPSC[0.14,0.27],UZSN[1.35,2.00],IRC[0.392,0.483].

上海城市景观生态格局演变与生态网络结构优化分析

为了优化上海城市生态网络结构,综合应用景观格局、景观格局指数以及景观生态网络分析方法,提出上海城市生态品质提升途径。首先,应用面向对象的遥感图像分类方法获得了2008年和2015年上海市建设用地、农业用地、水域和绿地等景观类型分布,应用Fragstats软件获得景观格局指数,比较了城市景观格局和景观格局指数的演变;其次应用最小成本路径方法构建城市生态网络,与城市道路交通网络叠置,确定了生态网络结构的间断点;最后与《上海市基本生态网络规划》比较,提出了城市生态网络发展建议。本研究获得如下结论:(1)2008~2015年,上海市建设用地、农业用地、绿地和水域的面积比例由38∶51∶5∶6演变为46∶39∶7∶8。(2)上海市景观格局日趋破碎化、复杂化,连通性下降;建设用地的优势景观类型地位强化,郊区建设用地呈现破碎化入侵,农业用地面积减少且破碎化;绿地系统面积增大,但连通性不足,结构待优化。(3)经最小阻力分析获得上海市105条潜在生态廊道线路,在浦东新区、奉贤区、金山区、松江区和青浦区具有较好的环状度;经叠置分析识别出上海市骨干生态廊道的62个间断点,主要分布在青浦区、松江区、浦东新区以及奉贤区。(4)经比较分析发现,城市生态网络规划的生态网络骨架基本保持,但局部的生态网络结构存在问题,上海西北部和北部的生态廊道空间萎缩,东南部生态空间出现碎片化。

基于MIKE FLOOD的巢湖市主城区现状排水能力与内涝风险评估

为了构建巢湖市完善的城市排水防涝工程体系,编制《巢湖市城市排水(雨水)防涝综合规划(2015-2030)》。首先,基于MIKE FLOOD软件,建立了巢湖市城市排水防涝系统计算机模型。其次,通过设置不同的设计暴雨情景,模拟分析了1、2、3、5、10 a等不同重现期条件下现状排水系统的排水能力,并对巢湖市主城区内涝风险与区划进行了评估。结果表明:当前巢湖市主城区约有61.13%的管网现状排水能力能满足5年一遇的排涝设计要求,但仍有27.86%的管网现状排水能力未能达到1年一遇的排涝设计要求(2015年);新编规划的排水防涝工程体系能满足50年一遇设计暴雨的排水防涝要求;利用MIKE FLOOD和情景模拟评估方法可为城市排水(雨水)防涝综合规划编制提供技术支撑。

基于响应面优化的青龙河流域HSPF模型参数校准方法

Hydrological Simulation Program-Fortran(HSPF)模型参数多且交互作用复杂,传统参数寻优面临着优化参数不灵敏、优化算法易陷入局部陷阱等问题,影响了优化精度和效率.本文集成青龙河流域、参数抽样、灵敏度分析和参数优化探索新的寻优途径.应用响应面优化软件Design Expert,针对9个HSPF模型参数进行抽样,获得130组参数集,采用多元二次回归模型,建立参数集与纳什效率系数(NSE)的非线性关系,通过等高线和响应面识别最优参数及其密集取值区间.响应面优化参数的NSE平均值、最大值、最小值以及寻优区间缩减率均优于正交极差分析方法;LZSN、INFILT、AGWRC为极灵敏参数,DEEPFR为灵敏参数;LZSN和INFILT、INFILT和AGWRC、INFILT和UZSN、INFILT和IRC的交互作用对结果有显著影响;优化参数的密集取值区间:LZSN[2.00,2.65];INFILT[0.400,0.475];AGWRC[0.870,0.885];DEEPFR[0.101,0.176];BASETP[0.001,0.120];AGWETP[0,083,0.120];CEPSC[0.166,0.244];UZSN[0.83,1.22]; IRC[0.53,0.63].响应面方法综合了参数抽样、参数灵敏度分析以及参数优化等3个方面,考虑了参数非线性关系和参数的交互作用,兼顾了优化精度和效率,为青龙河流域HSPF模型参数优化开拓了新途径.

EPA SWMM和Mike Urban等流时线模型比较研究

EPA SWMM和Mike Urban等流时线模型是现阶段我国城市雨水系统水文水质建模的常用工具。为了评估上述两个模型的建模效率与效果,提高建模精度,从地表汇流模型及其参数、模型参数输入和模拟设置以及案例实证等三个方面对SWMM和Mike Urban等流时线模型进行了比较。结果表明,在建模效率方面,SWMM需要手动输入管网拓扑和模型参数,可考虑地表入渗,模型参数相对较多,适于小型雨水排水防涝系统的模拟建模;而Mike Urban可实现自动导入管网CAD以及模型参数的批量输入,用径流系数计算径流扣损,模型结构与推理公式法类似,等流时线模型参数少,适于雨水排水防涝系统的规划与设计建模;以Nash系数作为评价标准,SWMM建模效果(Nash系数为0.42)优于Mike Urban等流时线模型(三个模型自带时间面积曲线)的建模效果(最大Nash系数为0.35),但劣于Mike Urban等流时线模型(用户自定义时间面积曲线)的建模效果(Nash系数为0.57);SWMM和Mike Urban等流时线模型的组合模型的建模效果(Nash系数为0.44)优于单独的SWMM或单独的Mike Urban等流时线模型,实际中可采用SWMM和Mike Urban的组合模型作为建模工具。

水生维管束植物水体脱氮研究进展

水生维管束植物处理氮污染具有成本低,处理效果好,经济效益高等特点。但由于不同种类水生维管束植物的生长特性不同,对水体中氮的去除和利用存在较大差异。本文围绕水生维管束植物生态类型分别对挺水植物、沉水植物、浮叶植物和漂浮植物展开综述,归纳其脱氮机制、生长特性、脱氮特性,重点对水体脱氮效果展开对比,阐明不同水生维管束植物在氮污染净化应用中的特性和优缺点,以期为今后准确选取水生维管束植物净化不同水体氮污染提供科学参考。总体上,水生维管束植物对水体氮污染的去除效果良好,但处理效果存在差异,需充分考量污水水质及其适宜生境与生态习性。不同水生维管束植物的组合系统脱氮效果明显优于单一植物,但组合系统要满足生态功能性、生态适宜性、生态持续性的配置原则,水生维管束植物准确选取及其组合系统优化搭配处理不同水环境氮污染应成为今后重点研究方向。

我国大口径埋地塑料排水管道发展现状及国外经验借鉴

为了借鉴国际大口径埋地塑料排水管道规范标准制定的经验,采用文献分析法,总结了我国大口径埋地塑料排水管道存在的问题和国外规范标准的制定经验。研究结果表明,(1)国外埋地塑料排水管道规范标准涉及管道建设工程全过程。对于埋地聚乙烯排水管道,欧盟标准pr EN 13476—1—2006(E)将其与聚氯乙烯和聚丙烯的各种结构壁管囊括在一个标准之中,包含管材和管件标准。我国标准分为材料和结构产品标准(GB/T 19472.1—2004和GB/T 19472.2—2004),还缺乏管件部分标准,尚需完善。(2)国内标准应向国外看齐,在塑料管材环刚度测定标准方面,我国最新的《热塑性塑料管材环刚度的测定》(GB/T 9647—2015)标准已对原标准GB/T9647—2003中的若干参数做了修订,与国际标准ISO 9969:2007(E)内容基本一致。(3)欧洲标准CEN/TS 15223—2008设计压力管时,区分持久负载和短暂负载、长期强度和短期强度,比国内标准合理且更节省材料;设计无压管时,敷设质量是关键。在保证其质量的基础上,可以采用经验图表设计方法设计。

基于BP神经网络的SWMM参数全局灵敏度分析方法

为了准确高效地分析SWMM模型参数的灵敏度,识别模型关键校准参数,提出了基于BP神经网络的参数全局灵敏度分析方法。以汇水区面积、宽度、不透水率等12个参数作为模型输入,以Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)代表模型输出,设计了3套验证方案及其比较参考准则,对BP神经网络法与修正Morris法、线性回归法、LH-OAT法、多项式回归法等灵敏度分析方法进行了比较分析。结果表明,应用BP神经网络的连接权值作为全局灵敏度分析依据时,BP神经网络法的灵敏度分析精度优于线性回归法、LH-OAT法和多项式回归法。因此,BP神经网络法是SWMM模型参数全局灵敏度分析的一种可行方法。SWMM模型参数灵敏度分析精度与分析模型的非线性拟合程度存在密切关系,优良的非线性拟合能力是BP神经网络方法优于其他灵敏度分析方法的重要原因。通过比较不同灵敏度分析方法的效果,提出了以Morris扰动灵敏度分析结果作为真值基准、以SWMM模型几何参数作为灵敏度指示参数、以线性回归法和拟合优度作为比较基准等方法,可为灵敏度分析方法效果评价提供借鉴。基于BP神经网络的SWMM模型参数灵敏度分析方法为解决复杂模型参数“参数灵敏度分析-参数寻优”多重循环校准开拓了新路径。