华南地区典型土壤的蓄渗和水质处理性能的改良配置试验及应用研究

发布时间：2020-06-17 15:08

【摘要】：随着城市化进程的加速推进,城市排涝压力日益增加,径流污染严重。国家通过“十三五”规划纲提出了海绵城市建设的要求,试图通过生物滞留池、下凹式绿地等海绵城市低影响开发措施的广泛应用而实现径流总量和污染的控制,但这些措施都依附于城市绿地而存在。华南地区典型红壤土壤酸性大、粘性重、土壤入渗性能较低,使得华南地区绿地在设计施工方面受到极大影响。如何合理、科学地进行土壤蓄渗和水质处理性能的改良显得至关重要。本文通过置备塑料柱装置,研究了简单结构下不同重量配比(10%、20%、40%、60%)的各个有机、无机材料对土壤蓄渗和水质处理性能的改善效果,材料囊括落地灰、沸石、砾石、树叶、草根等多种。根据该阶段试验结果,基于生物滞留池结构理论基础,试验选择合适填充材料,研究了复杂结构下的自制滤柱装置对径流水量和污染的削减作用,最后结合暴雨洪水管理模型SWMM的水力模块,模拟了实际试验滤柱的出流过程。主要研究如下:(1)简单结构下的土壤蓄渗效果和径流污染去除的研究蓄渗研究方面。改良土壤的入渗时间跨度、初始产流时间和峰值下渗率出现时间均随各材料含量的增加而缩短。单材料试验中,无机材料5~8mm沸石取得最大的渗水速率,且表现为最快或接近最快产流材料;而有机材料树叶对土壤蓄渗的改善效果始终优于草根,且树叶产流亦快于草根,1%草根产流最慢。多材料试验中,上层有机材料树叶与下层无机材料沸石结合时取得更大的渗水优势。径流污染研究方面。出流SS、NH_3-N浓度及pH值均随改良土壤各混合材料的重量配比及粒径级配的增加而增加。单材料试验中,无机材料0.5~2mm海砂SS、NH_3-N及COD出流值均低于其他材料,5~8mm砾石pH出流值最低;有机材料草根出流SS、NH_3-N、COD、pH值始终低于树叶。多材料试验中,上下分层的无机和有机材料的混合出水SS、NH_3-N浓度均小于任一单材料,pH值则大于任一单材料;而上层同时加入两种有机材料的情况,各值出水浓度规律则愈加复杂。(2)复杂结构下的滤柱蓄渗效果和径流污染去除的研究蓄渗研究方面。各填充材料的合理使用均对红壤土的蓄渗效果有显著改善作用。随着降雨重现期的增加,各滤柱的峰值下渗率逐渐增加的同时,产渗流时间和峰值下渗速率出现时间也随之提前;而各滤柱对径流总量的削减率则随之降低。沸石落地灰砾石取得同一重现期下的最佳下渗速率,且沸石的径流总量削减率始终最大,在重现期为1a情况下接近70%。径流污染研究方面。砾石沸石落地灰纯土取得最佳SS去除效果,SS最大削减率达到41.94%。砾石沸石落地灰纯土取得最佳氨氮去除效果,氨氮最大削减率达到83.4%。经过各滤柱材料后的出水COD反而大于进水原始数据,纯土滤柱COD出水浓度最高,为2.64mg/L;而沸石滤柱最低,仅为1.272mg/L。经过纯土滤柱后的出流pH小于进水原始数据;经过各填充材料滤柱的pH则增大,且落地灰滤柱pH出流值最大,出水呈弱碱性。(3)基于SWMM模型的生物滞留池产渗流模拟研究选择填充材料为落地灰的滤柱进行SWMM模型LID模块的水文模拟,重现期为1a和5a的情况下,自制滤柱出流的试验值与SWMM模拟值拟合程度虽存在些许差异,但下渗曲线整体吻合程度较高。这得益于模拟过程中根据试验结果进行的多次合理的模型参数率定。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU992;X52
【图文】：

对径,单元,滞留池,低冲击

+-N的去除效率如图1-1所示；仇付国[68]等评估了以沸石作为填充材料的生物滞留池设备对固体悬浮物的去除效果，研究表明当进水SS浓度不高于400mg/L的情况下，出水SS始终维持在20mg/L以下。图 1-1 生物滞留单元对径流污染物的去除率研究[67]Fig.1-1 Study on removal rate of runoff pollutants by biological retention unit在结合前人研究的基础上，本文基于生物滞留池的固有结构，自制滤柱设备，制备优化土壤层，选择不同填充材料与上层优化土壤层相结合，研究其对城市雨水径流量和雨水径流污染的控制效果。加之近年来，在实际案例应用中，很多学者将城市绿地和其它低冲击措施的评估与仿真模拟分析手段结合起来。国际主流的模拟系统（如SWMM、MIKE、MUSIC、Infoworks）等仍在探索对不同措施的模拟方法。借助SWMM降雨径流和LID模块，多家单位的学者[69]-[71]进行了有益探索，模拟多种情景下的低冲击开发模式和雨洪蓄渗效应

装置图,结构试验,装置图,塑料

广东工业大学硕士学位论文第二章试验装置、材料与方法1 试验装置.1 简单结构试验装置简易结构试验装置如图 2-1 所示，由十个编号不一的塑料柱组成。每个塑料柱mm、内底直径 90mm，内顶直径 160mm。柱内设置入流层、改良性土壤层及。整个试验过程采用变水头进水，十根柱子保持初始水头一致，入流后进入改壤层，柱底部采用蜂窝设计以便透水，各塑料柱在装填前底部均垫有 1~2 层土用于防止土壤颗粒流失。各塑料柱下均设置塑料量杯以接收流经改良性土壤层的雨水。

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