【摘要】：生物滯留系統(tǒng)和人工雨水滲井系統(tǒng)作為典型低影響開發(fā)(LID)技術(shù)對雨水徑流具有良好的調(diào)控效果。但目前所用滲井填料對水質(zhì)的控制效果有限,針對LID單項設(shè)施的研究大多是對調(diào)控效果或者情境模擬的研究。本研究通過人工模擬配水試驗分析了人工雨水滲井填料在不同來水情況下對徑流雨水的調(diào)控效果,并在此基礎(chǔ)上得到了較優(yōu)的填料摻混方案;利用Morris分類篩選法進行敏感性分析,識別了影響水質(zhì)水量調(diào)控效果的敏感參數(shù);利用HYDRUS-1D模型對不同情景下LID單項設(shè)施(生物滯留設(shè)施、人工雨水滲井)對徑流雨水的調(diào)控效果進行模擬,結(jié)合模擬結(jié)果和Design Expert建立了LID單項設(shè)施水量削減率、污染物負荷削減率與各主要影響因素之間的多元回歸模型,識別了它們之間的相互關(guān)系;結(jié)合試驗數(shù)據(jù)、模擬結(jié)果、多元回歸模型和響應(yīng)面優(yōu)化法對LID單項設(shè)施的關(guān)鍵參數(shù)進行了優(yōu)化;通過對咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院人工雨水滲井進行實際降雨監(jiān)測,探究了人工雨水滲井對實際降雨的調(diào)控效果。研究取得的主要結(jié)論如下:(1)在主填料中添加改良劑后其滲透性能有明顯提升且改良劑添加比例對滲透性能有明顯影響,粗沙+改良劑的滲透性能均優(yōu)于中粗砂+改良劑。主填料為中粗沙的人工填料相比粗沙在污染物負荷削減效果方面存在一定的優(yōu)勢。相比純沙添加了改良劑的人工填料對污染物的去除效果有一定程度的提升。改良劑添加比例增大,污染物去除效果沒有明顯提升。90%主填料+5%高爐渣+5%沸石的人工填料對COD、NH3-N和TN的去除效果較好;90%主填料+10%海綿鐵的人工填料對N03-N,TP,Zn的去除效果較好;90%主填料+5%高爐渣+5%海綿鐵的人工填料對Cu、Zn、Cd的凈化效果較好。添加了兩種及兩種以上改良劑的人工填料對污染物負荷綜合削減效果差距不大,且削減效果都較好。(2)由敏感性分析結(jié)果和多元二次回歸模型可知,重現(xiàn)期、匯流比、填料種類和介質(zhì)層厚度對水量削減率的影響較大。重現(xiàn)期和匯流比與水量削減率呈負相關(guān),介質(zhì)層厚度和蓄水層厚度與水量削減率呈正相關(guān);重現(xiàn)期、匯流比、進水濃度、填料種類和介質(zhì)層厚度對污染物的負荷削減效果影響較大。重現(xiàn)期、匯流比和進水濃度與污染物負荷削減率呈負相關(guān),介質(zhì)層厚度和蓄水層厚度與污染物負荷削減率呈正相關(guān)。(3)就人工雨水滲井而言,針對不同來水情況下的優(yōu)化結(jié)果大致相同,蓄水層厚度為20cm左右,人工填料層厚度為250cm左右時添加了 10#填料的人工雨水滲井對雨水徑流的調(diào)控效果達到最優(yōu),但設(shè)施對不同來水水量情況下的污染物負荷削減效果差異性極大。就生物滯留設(shè)施而言,若要滿足25cm≤換土層厚度≤120cm和85%水量削減率這兩個要求,則人工填料為粉煤灰+沙和種植土的滯留池能處理重現(xiàn)期為2a+匯流比為10:1～20:1、重現(xiàn)期為5a+匯流比為10:1～15:1或重現(xiàn)期為10a+匯流比10:1這些情況下的來水,人工填料為高爐渣的滯留池能處理重現(xiàn)期為2a+匯流比為10:1～15:1、重現(xiàn)期為5a+匯流比為10:1或重現(xiàn)期為10a+匯流比為10:1這些情況下的來水。(4)人工雨水滲井現(xiàn)場設(shè)施建成的時間較短,運行效果還不穩(wěn)定,對污染物的凈化效果不理想。因入流多為屋面雨水,水質(zhì)較好,徑流雨水進入滲井后發(fā)生淋溶現(xiàn)象,最終導(dǎo)致污染物的去除率多為負值。需要對滲井設(shè)施進行進一步的監(jiān)測研究獲取大量數(shù)據(jù)才能對雨水滲井的運行效果進行更加客觀的評價。
【圖文】：

圖 1-1 技術(shù)路線Fig. 1-1The route of research本研究首先在考慮人工雨水滲井填料滲透性能和污染物凈化性能的基礎(chǔ)上進行填料的制備。其次在考慮模型模擬以及參數(shù)優(yōu)化需求的基礎(chǔ)上制定調(diào)控效果試驗的試驗方案，按照試驗方案進行人工配水試驗，利用試驗所獲取的數(shù)據(jù)對人工填料的滲透性能以及對水質(zhì)的凈化效果進行分析，優(yōu)選出滲透性能較好且水質(zhì)凈化能力較強的人工填料的摻混方案。并對實際降雨條件下人工雨水滲井進行監(jiān)測，評價人工雨水滲井設(shè)施的實際運行效果。最后在試驗的基礎(chǔ)上利用 HYDRUS-1D 模型進行情景模擬，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)利用響應(yīng)面優(yōu)化分析法對不同來水情況下 LID 單項設(shè)施的關(guān)鍵參數(shù)進行優(yōu)化。

.1 試驗裝置試驗裝置位于西安理工大學(xué)海綿城市技術(shù)試驗場。試驗裝置共設(shè)有 9 根濾柱，20cm，內(nèi)徑為 30cm。濾柱從上到下分別為 15cm 的蓄水層、90cm 的人工填料層排水層。人工填料層和排水層之間用 80 目的尼龍網(wǎng)將兩者隔開，，防止人工填料水層中將其堵塞，排水口設(shè)在濾柱的底部。濾柱中填充的人工填料主要由兩部分按照不同的比例（體積比）混合而成，兩主填料（不同粒徑的天然河沙）和改良劑（包括沸石、高爐渣、海綿鐵等）。試天然河沙主要包括粗沙（I 型）和中粗沙（II 型）兩種，在河沙中分別摻加 5%5%的沸石、高爐渣、海綿鐵等改良劑制成不同的人工填料。填充人工填料前，在濾柱的底部填充 15cm 的卵石，卵石上鋪設(shè)兩層 80 目的尼龍網(wǎng)上填充混合均勻的人工填料。填充人工填料時不考慮容重，直接將混合均勻填至 105cm 處（以濾柱底部為零點），向濾柱中注水使其自然沉降，沉降完畢后至 105cm 處，再次注水，如此反復(fù)循環(huán)至其不再沉降為止，然后開始試驗。試驗裝置的實物圖和剖面圖如圖 2-1、2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU992;TV213.9

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本文編號：2643672