典型LID设施填料优化设计研究

发布时间：2020-04-28 16:57

【摘要】：生物滞留系统和人工雨水渗井系统作为典型低影响开发(LID)技术对雨水径流具有良好的调控效果。但目前所用渗井填料对水质的控制效果有限,针对LID单项设施的研究大多是对调控效果或者情境模拟的研究。本研究通过人工模拟配水试验分析了人工雨水渗井填料在不同来水情况下对径流雨水的调控效果,并在此基础上得到了较优的填料掺混方案;利用Morris分类筛选法进行敏感性分析,识别了影响水质水量调控效果的敏感参数;利用HYDRUS-1D模型对不同情景下LID单项设施(生物滞留设施、人工雨水渗井)对径流雨水的调控效果进行模拟,结合模拟结果和Design Expert建立了LID单项设施水量削减率、污染物负荷削减率与各主要影响因素之间的多元回归模型,识别了它们之间的相互关系;结合试验数据、模拟结果、多元回归模型和响应面优化法对LID单项设施的关键参数进行了优化;通过对咸阳职业技术学院人工雨水渗井进行实际降雨监测,探究了人工雨水渗井对实际降雨的调控效果。研究取得的主要结论如下:(1)在主填料中添加改良剂后其渗透性能有明显提升且改良剂添加比例对渗透性能有明显影响,粗沙+改良剂的渗透性能均优于中粗砂+改良剂。主填料为中粗沙的人工填料相比粗沙在污染物负荷削减效果方面存在一定的优势。相比纯沙添加了改良剂的人工填料对污染物的去除效果有一定程度的提升。改良剂添加比例增大,污染物去除效果没有明显提升。90%主填料+5%高炉渣+5%沸石的人工填料对COD、NH3-N和TN的去除效果较好;90%主填料+10%海绵铁的人工填料对N03-N,TP,Zn的去除效果较好;90%主填料+5%高炉渣+5%海绵铁的人工填料对Cu、Zn、Cd的净化效果较好。添加了两种及两种以上改良剂的人工填料对污染物负荷综合削减效果差距不大,且削减效果都较好。(2)由敏感性分析结果和多元二次回归模型可知,重现期、汇流比、填料种类和介质层厚度对水量削减率的影响较大。重现期和汇流比与水量削减率呈负相关,介质层厚度和蓄水层厚度与水量削减率呈正相关;重现期、汇流比、进水浓度、填料种类和介质层厚度对污染物的负荷削减效果影响较大。重现期、汇流比和进水浓度与污染物负荷削减率呈负相关,介质层厚度和蓄水层厚度与污染物负荷削减率呈正相关。(3)就人工雨水渗井而言,针对不同来水情况下的优化结果大致相同,蓄水层厚度为20cm左右,人工填料层厚度为250cm左右时添加了 10#填料的人工雨水渗井对雨水径流的调控效果达到最优,但设施对不同来水水量情况下的污染物负荷削减效果差异性极大。就生物滞留设施而言,若要满足25cm≤换土层厚度≤120cm和85%水量削减率这两个要求,则人工填料为粉煤灰+沙和种植土的滞留池能处理重现期为2a+汇流比为10:1～20:1、重现期为5a+汇流比为10:1～15:1或重现期为10a+汇流比10:1这些情况下的来水,人工填料为高炉渣的滞留池能处理重现期为2a+汇流比为10:1～15:1、重现期为5a+汇流比为10:1或重现期为10a+汇流比为10:1这些情况下的来水。(4)人工雨水渗井现场设施建成的时间较短,运行效果还不稳定,对污染物的净化效果不理想。因入流多为屋面雨水,水质较好,径流雨水进入渗井后发生淋溶现象,最终导致污染物的去除率多为负值。需要对渗井设施进行进一步的监测研究获取大量数据才能对雨水渗井的运行效果进行更加客观的评价。
【图文】：

图 1-1 技术路线Fig. 1-1The route of research本研究首先在考虑人工雨水渗井填料渗透性能和污染物净化性能的基础上进行填料的制备。其次在考虑模型模拟以及参数优化需求的基础上制定调控效果试验的试验方案，按照试验方案进行人工配水试验，利用试验所获取的数据对人工填料的渗透性能以及对水质的净化效果进行分析，优选出渗透性能较好且水质净化能力较强的人工填料的掺混方案。并对实际降雨条件下人工雨水渗井进行监测，评价人工雨水渗井设施的实际运行效果。最后在试验的基础上利用 HYDRUS-1D 模型进行情景模拟，结合试验数据和模拟数据利用响应面优化分析法对不同来水情况下 LID 单项设施的关键参数进行优化。

.1 试验装置试验装置位于西安理工大学海绵城市技术试验场。试验装置共设有 9 根滤柱，20cm，内径为 30cm。滤柱从上到下分别为 15cm 的蓄水层、90cm 的人工填料层排水层。人工填料层和排水层之间用 80 目的尼龙网将两者隔开，，防止人工填料水层中将其堵塞，排水口设在滤柱的底部。滤柱中填充的人工填料主要由两部分按照不同的比例（体积比）混合而成，两主填料（不同粒径的天然河沙）和改良剂（包括沸石、高炉渣、海绵铁等）。试天然河沙主要包括粗沙（I 型）和中粗沙（II 型）两种，在河沙中分别掺加 5%5%的沸石、高炉渣、海绵铁等改良剂制成不同的人工填料。填充人工填料前，在滤柱的底部填充 15cm 的卵石，卵石上铺设两层 80 目的尼龙网上填充混合均匀的人工填料。填充人工填料时不考虑容重，直接将混合均匀填至 105cm 处（以滤柱底部为零点），向滤柱中注水使其自然沉降，沉降完毕后至 105cm 处，再次注水，如此反复循环至其不再沉降为止，然后开始试验。试验装置的实物图和剖面图如图 2-1、2-2 所示。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU992;TV213.9

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本文编号：2643672