城市雨水湿地水力特性及水质控制效果研究

发布时间：2017-06-22 12:12

  本文关键词：城市雨水湿地水力特性及水质控制效果研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国城市化的快速发展,不透水区域面积急剧增加,结果导致径流总量和峰值流量急剧增加、雨水下渗量减少,改变了雨水自然水文循环过程,从而导致城市内涝频发、雨水径流污染严重、水资源严重短缺等一系列水环境问题,因此如何恢复城市自然水文循环过程和提高城市水环境质量对于实现城市可持续发展具有重要的意义。雨水湿地是一种成本低廉、工艺简单且兼具景观效果的生态措施,以洪涝控制、水质净化和涵养水源为主要目的。但是在一些表面流雨水湿地中通常不设置填料层,导致湿地水质控制效果并不理想。因此,如何通过湿地的优化设计改变其水力特性从而提高水质控制效果,并且在其水质净化能力不受影响的同时不削弱其水量控制能力是雨水湿地研究的重点之一。目前针对优化和改良有很多种方法,例如在湿地中添加浮岛模块,从而将湿地转变为浮岛湿地,或是对其水力学特性进行优化从而提高湿地水质净化效率,都是在实际工程常采取的提高湿地水质净化能力的措施。本研究针对雨水湿地进水流量和水力负荷变化大的特点,探究湿地在不同进水流量和设计参数下的水质净化效果和水量调蓄能力,研究了湿地调蓄能力与水质控制效果的关系。通过模拟试验,分析了湿地不同水力特性和构造下的水质控制效果。搭建湿地装置模拟其流动特性,从而检测不同流态和结构下湿地的水质控制效果。在本文研究条件下,得到以下结论:(1)雨峰系数对水量和水质控制效果影响雨峰系数是表征峰值出现时间的参数,雨峰系数越大,降雨峰值越滞后。计算降雨重现期为1a、降雨历时为1h、雨峰系数分别为0.3、0.4、0.5和0.6时的降雨地表径流过程线,并以此为进水流量,监测湿地水量和水质控制效果。实验结果表明,雨峰系数对于湿地水量和水质的控制效果有一定影响:雨峰系数越大,对于湿地的错峰能力越有效,雨峰系数为0.6时出水时间比雨峰系数为0.3时延后11min,然而出水峰值流量增加了13.7%;雨峰系数越大,出水水质越好,雨峰系数从0.3增加到0.6时SS总量减少了33.8%。为验证雨峰系数对湿地水量控制效果的影响,构建SWMM模型,模拟降雨重现期为10年、降雨历时2h、雨峰系数为0.3、0.4、0.5和0.6时的湿地水量控制效果,模拟结果与实验结果的趋势一致,但是模型模拟的不同雨峰系数下的出水时间和峰值流量相差更大,这是因为模型中选择的降雨重现期更大,导致不同雨峰系数下水量变化过程更明显,从而导致模拟结果和实验结果相比差别更大。(2)水力流经路线对水量和水质控制效果影响通过设置挡板的方式研究了水力流经路线对水量和水质控制效果的影响,研究结果表明:水力流经路线对于湿地水量和水质控制效果影响较小:随着流经路线的增加,峰值流量变化很小,平均流量从3块挡板到无挡板时减少了3.4%,SS总量减少了24.6%,证明延长水力流经路线可提高峰值流量削减率和水质控制效果。(3)初始水深对水量和水质控制效果影响湿地内部初始水深对于削峰能力影响较明显,初始水深越小,湿地水量控制效果越好,实验结果表明:在初始水深为10cm时峰值流量和平均流量相比16cm时减少了53.5%和23.9%;随着初始水深的降低,湿地水质控制效果变强,由于蓄水空间大,使得水质控制容积变大,总量削减率升高,因此初始水位越低,出水污染物总量负荷变小。为验证初始水位对湿地水量控制效果的影响,构建SWMM模型,模拟降雨重现期为10年、降雨历时2h、初始水深为0.1m、0.2m、0.3m和0.4m时的湿地水量控制效果,模拟结果与实验结果的趋势一致,但是模型模拟的结果显示随着初始水深的变化,峰值控制能力变化不明显,这是因为模型中选取的降雨重现期较大,湿地的进水总量和峰值流量更大,且模拟两小时的降雨过程,因此湿地内初始水深较小范围的改变对于湿地的峰值控制效果影响较小。(4)面积/池深对水量控制效果影响通过模型模拟了不同面积/池深条件下的湿地水量控制效果,模型模拟结果表明:湿地面积越小,池深越深时,越不利于湿地的削峰作用,研究结果表明:面积/池深为16667/0.6时比33333/0.3时的出水峰值流量由0.45m3/s增加到了0.78m3/s,平均流量由0.46m3/s增加到了0.58m3/s。
【关键词】：雨水湿地 水力特性 SWMM 径流污染
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;X143
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究进展12-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 雨水湿地水力学参数研究15-16
• 1.4 湿地污染物去除机理分析16-18
• 1.5 研究内容18
• 1.6 研究技术路线18-20
• 第二章 基于雨洪控制利用的雨水湿地特点及应用20-33
• 2.1 雨水湿地概念及其与污水湿地区别20-22
• 2.2 雨水湿地功能22-23
• 2.3 雨水湿地结构23-25
• 2.3.1 卵石消能和前置塘24
• 2.3.2 植被区24
• 2.3.3 微型沉淀池24
• 2.3.4 出水口24-25
• 2.4 雨水湿地不同设计类型及应用25-27
• 2.5 雨水湿地植物的选择及在水质处理过程中的作用27-29
• 2.5.1 雨水湿地植物的选择27-29
• 2.5.2 植物在雨水湿地中的作用29
• 2.6 雨水湿地前置塘、出水口、水量平衡计算29-32
• 2.6.1 前置塘计算29-31
• 2.6.2 出水口设计31
• 2.6.3 水量平衡计算31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第三章雨水湿地水量控制效果实验研究33-52
• 3.1 实验目的与内容33
• 3.2 实验装置及实验方案33-35
• 3.2.1 实验装置33-34
• 3.2.2 水量监测方法34-35
• 3.3 雨峰系数对水量的影响35-42
• 3.4 水力流经路线对水量的影响42-46
• 3.5 初始水位对水量的影响46-49
• 3.6 本章小结49-52
• 第四章 雨水湿地水质控制效果实验52-59
• 4.1 实验目的52
• 4.2 水样配置方法及指标检测52
• 4.3 雨峰系数对水质的影响52-54
• 4.4 水力流经路线对水质的影响54-56
• 4.5 初始水位对水质的影响56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 SWMM模型对研究区域雨水湿地调蓄能力模拟研究59-81
• 5.1 SWMM模型介绍59-61
• 5.2 模型建立61-64
• 5.2.1 研究区模型建立61-64
• 5.2.2 雨水湿地模型建立64
• 5.3 降雨过程计算64-65
• 5.4 不同降雨重现期对出水流量的影响65-69
• 5.5 不同降雨雨型对出水流量的影响69-73
• 5.6 不同初始水位对出水流量的影响73-77
• 5.7 不同面积/池深对出水流量的影响77-80
• 5.8 本章小结80-81
• 第六章 结论与展望81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 建议与展望82-83
• 参考文献83-88
• 致谢88

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