雨水是城市水資源的重要組成之一,然而隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,區(qū)域不透水面增加、雨水下滲量減少,徑流量增大,其所攜帶的大量污染物已經(jīng)成為城市水環(huán)境污染的主因。研究城市降雨徑流污染控制,對(duì)解決城市水環(huán)境問題意義重大。生態(tài)濾溝作為典型的低影響開發(fā)(LID)技術(shù)之一,可將徑流調(diào)節(jié)與污染控制相結(jié)合,對(duì)缺水干旱地區(qū)雨水資源化利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先通過靜態(tài)吸附試驗(yàn)及朗格繆爾式吸附等溫線擬合研究了生態(tài)濾溝特殊填料的吸附性能,為生態(tài)濾溝模擬裝置填料的選配提供了依據(jù)。隨后設(shè)計(jì)了6組30支生態(tài)濾柱小試裝置及6座生態(tài)濾溝中試試驗(yàn)裝置,通過小試及中試試驗(yàn)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和數(shù)學(xué)模擬,全面研究了填料類型及組合方式、填料厚度、植被條件、淹沒區(qū)的深度與碳源投加量等內(nèi)部因素及模擬徑流水力負(fù)荷、污染負(fù)荷、模擬降雨間隔時(shí)間等外部因素對(duì)生態(tài)濾溝徑流綜合調(diào)控效果的影響。最后,基于水量平衡法提出了一套生態(tài)濾溝設(shè)計(jì)方法,并按此方法設(shè)計(jì)建造了一座現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置,并對(duì)其調(diào)控徑流及其污染的效果做了研究。通過以上研究所獲得的主要結(jié)如下:(1)在特殊填料選擇方面,沸石及活性炭對(duì)氨氮、總氮、總磷吸附容量較高,活性炭及粉煤灰對(duì)COD的吸附容量較好;粉煤灰在總磷吸附方面略優(yōu)于活性炭,在COD吸附方面略優(yōu)于沸石;爐渣在氨氮、總磷吸附方面與活性炭及粉煤灰相差不大;從經(jīng)濟(jì)及環(huán)保角度而言,粉煤灰及爐渣可選優(yōu)先作為生態(tài)濾溝系統(tǒng)的特殊填料。(2)在徑流水量削減方面,種植土層因滲透系數(shù)小,土層厚度成為制約生態(tài)濾溝的水量削減的關(guān)鍵因素;沙子、爐渣等填料因空隙率大對(duì)水量調(diào)控效果明顯;粉煤灰填料對(duì)水量調(diào)控效果較差;植被根系可使土層相對(duì)蓬松,對(duì)水量削減具有促進(jìn)作用;設(shè)置內(nèi)部淹沒區(qū)對(duì)水量削減率有一定的抑制作用,需結(jié)合水質(zhì)凈化綜合考慮。試驗(yàn)條件下生態(tài)濾溝對(duì)徑流遲滯時(shí)間可達(dá)15-25min,對(duì)徑流總量削減率最高可達(dá)約為84%-91%,對(duì)徑流洪峰削減率最好可達(dá)85%-93%。(3)在污染物凈化效果方面,隨徑流污染負(fù)荷增加,生態(tài)濾溝凈化效果逐漸降低;總體上,特殊填料的引入對(duì)污染物凈化效果有明顯的提升作用,填料厚度增加,水質(zhì)凈化效果有所提高,粉煤灰對(duì)COD、TP凈化效果明顯;在降雨時(shí)段所處的短時(shí)間內(nèi),植被的凈化效果表現(xiàn)不明顯;外加碳源及設(shè)置內(nèi)部淹沒區(qū)對(duì)徑流廢水TN的凈化有較好提升作用,但外加碳源對(duì)COD凈化有不利之處。生態(tài)濾溝裝置對(duì)徑流中TN凈化率可達(dá)10%-40%,對(duì)TP凈化率可達(dá)40%-80%,對(duì)氨氮凈化率可達(dá)30%-90%。(4)多元回歸分析結(jié)果顯示,填料種類、填料厚度與TN去除率呈線性正相關(guān)關(guān)系,、進(jìn)水流量、進(jìn)水污染程度與TN去除率呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系;填料種類、填料厚度與TP去除率呈線性正相關(guān)關(guān)系,進(jìn)水流量、進(jìn)水污染程度與TP去除率呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系;經(jīng)過逐步回歸模擬得到的TN、TP去除率與各影響因素之間的標(biāo)準(zhǔn)化回歸方程模擬值與實(shí)測(cè)結(jié)果較為接近,殘差均較小,說明模擬值具有較高的可信度,在進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)具有一定的指導(dǎo)意義。(5)運(yùn)用Hydrus-1D軟件模擬徑流污染凈化效果時(shí),生態(tài)濾溝出流污染物中TP濃度模擬值與實(shí)測(cè)值較為接近;中高負(fù)荷時(shí)TN出流濃度模擬值與實(shí)測(cè)值較為接近,在低負(fù)荷時(shí),整體上模擬值略低于實(shí)測(cè)值。(6)基于水量平衡原理,提出了生態(tài)濾溝匯流比速算法,該方法考慮因素較多,涵蓋80種典型工況,方法簡單,便于工程技術(shù)人員掌握運(yùn)用;依據(jù)此方法設(shè)計(jì)的生態(tài)濾溝于2015.05-2016.06共有效監(jiān)測(cè)降雨7場(chǎng)次,降雨量介于2.5 mm～30.4 mm之間,僅有3場(chǎng)次降雨有出流現(xiàn)象;對(duì)于接近3a重現(xiàn)期的短時(shí)較強(qiáng)降雨,降雨徑流量削減率可達(dá)83%,主要污染物負(fù)荷削減率均達(dá)80%以上,該裝置對(duì)降雨徑流量削減及主要污染物負(fù)荷削減效果均較為顯著,對(duì)中小降雨徑流控制效果較好,充分體現(xiàn)出低影響技術(shù)對(duì)道路徑流綜合調(diào)控效果。此外,研究結(jié)果還表明以生物滯留(生態(tài)濾溝)為主的綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),對(duì)西咸新區(qū)海綿城市試點(diǎn)區(qū)域熱島效應(yīng)緩解也起到了促進(jìn)作用。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X52;TU992
【部分圖文】：

典型生物滯留設(shè)施及其結(jié)構(gòu)

安理工大學(xué)博士學(xué)位論文料選配提供參考；（3）生態(tài)濾溝對(duì)模擬降雨徑流小試試驗(yàn)研究 設(shè)計(jì) 6 組 30 根生態(tài)濾溝小型試驗(yàn)柱，通過室外試驗(yàn)，研究植被條件、填料種類、填料層高度、組合方式、淹沒區(qū)、碳源、徑流水力負(fù)荷、徑流污染負(fù)荷、降雨間隔等內(nèi)外部因素對(duì)降雨徑流調(diào)控效果和影響規(guī)律；（4）生態(tài)濾溝對(duì)模擬降雨徑流中試試驗(yàn)研究 設(shè)計(jì) 6 組生態(tài)濾溝中試裝置，通過室外試驗(yàn)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和數(shù)學(xué)模擬，研究填料類型、填料厚度、填料的組合方式、植被條件、進(jìn)水水量及水質(zhì)、降雨間隔期等因素對(duì)降雨徑流調(diào)控效果的影響。（5）生態(tài)濾溝設(shè)計(jì)方法及實(shí)例研究 通過前述試驗(yàn)研究，提出了一種考慮內(nèi)外部因素的生態(tài)濾溝設(shè)計(jì)方法，據(jù)此方法設(shè)計(jì)建造一條生態(tài)濾溝現(xiàn)場(chǎng)裝置，并開展降雨實(shí)例監(jiān)測(cè)，研究裝置對(duì)實(shí)際降雨徑流量削減及主要污染物負(fù)荷削減效果。本研究的技術(shù)路線如圖 1-2 所示：

圖 2-1 采樣點(diǎn)位置布設(shè)圖Fig.2-1 Layout of sampling point location表 2-1 采樣點(diǎn)位信息表Tab.2-1 Sampling point information table 地點(diǎn) 路面車流狀況交通主干道金花北路與長樂路交匯處東側(cè) 機(jī)動(dòng)車流量大，行人眾多交通支干道咸寧中路西段干道 機(jī)動(dòng)車及自行車較多，行人較交通次干道愛學(xué)路中段 少量機(jī)動(dòng)車、自行車，行人較道路 咸寧路愛家廣場(chǎng)東側(cè)通道 人流量大，少量機(jī)動(dòng)車及非機(jī)動(dòng)道路 陜鋼廠家屬院內(nèi)道路 人流量大，機(jī)動(dòng)車及少量非機(jī)動(dòng)道路 十四街坊內(nèi)道路 機(jī)動(dòng)車及行人均較多

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本文編號(hào)：2820412