基于原位调控的排水沟渠深潭氮磷滞留实证研究

为检验小河流氮磷营养盐滞留中深潭地貌作用,在合肥市境内两条源头排水沟渠,开展深潭容积和水深的土袋原位调控实验,并利用示踪实验和模型模拟技术,估算了调控前后深潭渠段的暂态存储潜力和氮磷滞留能力.结果表明：土袋调控情形下,板桥河支流深潭渠段F_med²⁰⁰下降85.42%,A_s/A比值降幅达43.49%;二十埠河支流F_med²⁰⁰下降82.67%～89.36%,A_s/A比值降幅达31.59%～39.78%,表明两条排水沟渠暂态存储潜力显著下降.与空白对照情形相比,板桥河支流深潭渠段NH₄⁺吸收长度S_w增幅达18.38%,PO₄^3-增幅达201.38%;二十埠支流源头NH₄⁺增幅为15.91%～19.92%,PO₄^3-增幅为7.05%～24.40%,意味着深潭容积减小、...     

城郊排水沟渠溶质传输的暂态存储影响及参数灵敏性

选择Na Cl为示踪剂,于2013年9~10月在合肥城郊的关镇河支渠开展5次瞬时投加示踪实验.从暂态存储、侧向补给和对流-扩散等作用机制层面,设置4种模拟情景,解析暂态存储作用对于排水沟渠溶质传输规律的影响,并对OTIS模型参数进行灵敏性分析.结果表明,暂态存储对于主流区Cl-模拟浓度穿透曲线(BTCs)峰值大小影响很大,相对偏差高达24.23%~117.26%,显著高于对峰值出现时间的影响,且暂态存储影响显著超过了侧向补给作用;由相关性分析,主流区Cl-模拟浓度BTCs峰值大小和出现时间的相对偏差与As/A具有极显著相关性;4个主要参数的灵敏度排序为AAsαD.     

合肥城郊典型源头溪流不同渠道形态的氮磷滞留特征

为揭示源头溪流中深潭和曲折沟渠两种典型渠道形态的氮磷养分滞留特征,在合肥城郊二十埠河的某一级支流上,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,以NaCl为保守型示踪剂,开展现场示踪实验.在此基础上,利用OTIS模型软件、暂态存储参数和养分螺旋原理,解析深潭和曲折沟渠氮磷滞留特征.结果表明:1深潭的As值较曲折沟渠大,但其α值则较弯曲沟渠小1个数量级,而且As和α值随水文条件变化均不显著;2深潭中主渠道流动水体的NH+4-λ较其暂态存储区的NH+4-λs高2~3个数量级,曲折沟渠的NH+4-λ与NH+4-λs数值较为接近;3深潭中NH+4-Vf较SRP-Vf高1~2个数量级,而在曲折沟渠中,不仅NH+4-Vf与SRP-Vf数值较为相近,NH+4-Sw与SRP-Sw也基本相当;4深潭的NH+4-U较SRP-U高出2~3个数量级,曲折沟渠NH+4-U则较SRP-U高出1~2个数量级;5总的来说,在对NH+4和SRP滞留影响方面,深潭和曲折沟渠存在较大的差异性,且在深潭中NH+4的滞留效应显著超过SRP.     

基于数值模拟的排水沟渠营养盐滞留机制解析

现有溪流沟渠营养盐滞留研究对滞留机制精细化的描述或刻画相当不足,难以满足小流域水环境管理和沟渠营养盐滞留环境生态功能提升的需要.针对此问题,本文首先对传统的营养螺旋指标概念进行拓展,提出了面向水文过程、生物吸收和物理化学吸附作用的营养螺旋指标,并给出了量化指标内在关系的计算模式.在此基础上,利用OTIS模型及数值模拟技术,定量估算水文过程、生物吸收和物理化学吸附作用的营养盐滞留贡献率及其相对贡献水平,从而解析排水沟渠营养盐滞留机制.案例分析表明,在排水沟渠NH₄⁺和PO₄^3-滞留中,水文过程占据绝对主导地位,生物吸收和物理化学吸附滞留贡献较小.其中,水文过程、生物吸收和物理化学吸附对NH₄⁺滞留率变化范围分别为7.91%～13.07%、0.09%～0.27%和0.31%～0.58%,相对贡献水平变化范围分别为91.75%～95.29%、1.07%～2.00%和3.64%～6.26%;对PO43-滞留率变化范围分别为7.82%～12.94%、0.06%～0....     

农业排水沟渠硝态氮吸收动力学特征及相关性分析

为揭示农业排水沟渠NO_3~--N吸收动态变化特征,选择溴化钠(Na Br)为保守示踪剂、硝酸钾(KNO3)为添加营养盐,于2016年10月至2017年4月在合肥地区某一源头溪流开展5次示踪试验,并以TASCC方法和Michaelis-Menten(M-M)方程模拟NO_3~--N吸收动力学特征,结果表明,背景浓度条件下排水沟渠完全混合子渠段U_(amb)和V_(f-amb)的变化范围分别为11.40~69.13μg·(m~2·s)~(-1)[均值为34.45μg·(m~2·s)-1]、0.07~0.43 mm·s~(-1)(均值为0.24 mm·s~(-1)),相应地Sw-amb变化范围为92.51~405.74 m(均值为199.06 m),明显小于排水沟渠长度(也就是2.5 km),表明沟渠具有较强的NO_3~--N滞留潜力.M-M方程较好地拟合了NO_3~--N吸收动力学特征,参数Umax变化范围为158~1 280μg·(m~2·s)~(-1)[均值为631.13μg·(m~2·s)~(-1)],Km变化范围为0.16~5.52 mg·L~(-1)(均值为1.46 mg·L~(-1)).相关分析表明,Sw-amb与NO_3~--Namb呈显著负相关、Uamb与NO_3~--Namb呈极显著正相关,其它螺旋指标与NO_3~--N背景浓度的相关性均不明显;水文因素对NO_3~--N滞留影响也不显著,而沟渠槽道地貌特征指标Фw、ФA与大部分螺旋指标都呈显著相关性,表明槽道地貌特征对NO_3~--N滞留影响相对较为重要.     

乌江流域梯级水库的氮磷分布及其滞留效率研究

河流梯级水坝建设不仅造成营养元素在水库累积,向下游的输送通量降低,而且由于对不同元素的不同拦截效率会影响到元素的计量关系,从而影响水库生态系统和水质变化。为了厘清水库对N、P的拦截效率,本研究于2013~2015年分三次对乌江流域七个大型梯级水库水体总氮(TN)和总磷(TP)浓度进行了采样分析,探讨了不同梯级水库中氮磷营养元素的分布及其滞留效率。结果发现,乌江流域各梯级水库中TN浓度从上游到下游有逐级降低的趋势,每一级水库拦截了2%~13%的氮。乌江流域梯级水库较低的生产力和较高的氧浓度使其对TP的拦截效率更高,但水库较低的TP浓度使得拦截效果容易受到外源P输入的抵消。水库对TN、TP的拦截效率差异导致水库N/P比值发生了明显变化,因而在流域管理控制N、P的方法选择上应充分考虑这一自然过程的影响。     

磷酸铵镁沉淀法脱除生活污水中氮磷的研究

针对低有机物高氨氮浓度的生活污水,经UASB处理后的厌氧废水,氮含量较高,磷基本未除去,处理出水效果欠佳的情况,提出磷酸铵铗沉淀法脱除生活污水中的磷以及部分氨氮。初步确定了影响磷酸铵镁沉淀反应因素为pH值,Mg^2＋：PO4^3-：NH4^＋,反应时间t。最优反应条件为：pH=8．5,Mg^2＋：PO4^3-：NH4^＋=1．2：1：1,反应时间t=1min。磷的去除率可高达94．0％,氨氮的去除率达71．5％,为低浓度的生活污水的后续生物处理创造了良好的条件。     

基于OTIS模型的巢湖十五里河源头段氮磷滞留特征

为揭示巢湖十五里河源头河段氮磷营养盐滞留特征,选择NH4Cl、KH2PO4及NaCl作为示踪剂,开展野外现场示踪实验.根据获得的氯离子浓度和营养盐浓度穿透曲线数据信息,利用OTIS与OTIS-P计算软件,估算水文参数(D、A、As、?等)和营养盐一阶吸收系数(λ、λs).在此基础上,计算暂态存储指标和营养盐吸收相关参数值,定量评估主河道流动水体与暂态存储对NH4+和SRP的损失贡献.结果表明,主河道与暂态存储区NH4+吸收系数平均值分别为3.88×10-6,8.81×10-4s-1,SRP分别为7.80×10-6,7.98×10-8s-1;综合衰减系数k-NH4平均值为1.64×10-4s-1,k-SRP为7.80×10-6s-1;NH4+和SRP的吸收长度Sw-NH4、Sw-SRP相当大,分别为1632.88,25471.32m,意味着该河段经由物理或生态过程去除N、P的可能性低;该河段Vf-NH4、Vf-SRP值较营养盐浓度低的溪流或小河流偏小,但U-NH4、U-SRP则明显偏大;暂态存储对于NH4+损失的平均贡献率为93.82%,主河道水流对SRP损失的平均贡献率高达99.70%.     

合肥地区不同类型源头溪流暂态存储能力及氮磷滞留特征

为揭示合肥地区不同类型源头溪流暂态存储能力及氮磷吸收滞留的基本特征,在城区和城郊筛选4条典型源头溪流,并以NH4Cl、KH2PO4为添加营养盐,以Na Cl为保守型示踪剂,开展现场示踪实验.在此基础上,利用OTIS模型水文参数(D、A、As和α),计算暂态存储指标(Ts、Tc、Ls、Rh和F200med),进而开展暂态存储能力分析,并以NH+4-N和SRP一阶吸收系数(λ、λs)解析氮磷滞留特征.结果表明:4条溪流水体的α值均处于10-4~10-3数量级;各溪流Tc基本都显著超过Ts,意味着这些溪流水体溶质滞留效应主要来自主渠道流动水体,而不是暂态存储区;根据Tc、Ts、Ls和Rh等指标,得到各源头溪流暂态存储能力排序为:二十埠河二级支流二十埠河一级支流十五里河源头段关镇河支渠;4条源头溪流主渠道流动水体与暂态存储区的NH+4-N、SRP滞留特征存在很大的差异,并且二十埠河一、二级支流和十五里河均不同程度出现λ-NH+4、λs-NH+4为负值的现象,意味着这些水体对于NH+4-N既具有短期存储作用,也起着"源"的作用.     

基于OTIS模型的巢湖十五里河源头段氮磷滞留特征

为揭示巢湖十五里河源头河段氮磷营养盐滞留特征,选择NH4Cl、KH2PO4及NaCl作为示踪剂,开展野外现场示踪实验.根据获得的氯离子浓度和营养盐浓度穿透曲线数据信息,利用OTIS与OTIS-P计算软件,估算水文参数(D、A、As、a等)和营养盐一阶吸收系数(λ、λs).在此基础上,计算暂态存储指标和营养盐吸收相关参数值,定量评估主河道流动水体与暂态存储对NH4+和SRP的损失贡献.结果表明,主河道与暂态存储区NH4+吸收系数平均值分别为3.88×10-6,8.81×10-4s-1,SRP分别为7.80×10-6,7.98×10-8s-1;综合衰减系数k-NH4平均值为1.64×10-4s-1,k-SRP为7.80×10-6s-1;NH4+和SRP的吸收长度Sw-NH4、Sw-SRP相当大,分别为1632.88,25471.32m,意味着该河段经由物理或生态过程去除N、P的可能性低;该河段Vf-NH4、Vf-SRP 值较营养盐浓度低的溪流或小河流偏小,但U-NH4、U-SRP则明显偏大;暂态存储对于NH4+损失的平均贡献率为93.82%,主河道水流对SRP损失的平均贡献率高达99.70%.     

水库泄洪闸下溪流深潭氮磷营养盐滞留特征及动力学模拟

为解析水库泄洪闸下溪流深潭氮磷营养盐滞留特征,选择NaBr为保守示踪剂,分别以NH₄Cl和KH₂PO₄为添加营养盐,在合肥板桥河源头溪流开展野外示踪实验,据此估算氨氮（NH₄⁺）、磷酸盐（PO₄^3-）营养螺旋指标,识别主流区和暂态存储区NH₄⁺、PO₄^3-滞留贡献水平,模拟深潭地貌的氮磷吸收动力学特征.结果表明,深潭具有较好的氮磷滞留潜力,且对PO₄^3-的滞留潜力超过NH₄⁺;暂态存储区对NH₄⁺的滞留贡献率平均为91.49%,表明NH₄⁺滞留主要发生在暂态存储区;主流区对PO₄^3-的滞留贡献率平均为96.09%,意味着主流区是PO₄^3-滞留的主要场所;Michaelis-Menten（M-M）方程可以较好的模拟深潭氮磷滞留动力学效应,模拟得到的最大吸收速率U_max-NH₄、U_max-PO₄均值分别为0.48、0.08 mg·m^-2·s^-1,半饱和常数K_m-NH₄、K_m-PO₄均值分别为0.26、0.19 mg·L^-1.     

水生植物对农田排水沟渠中氮、磷的截留效应

为有效阻控农田土壤流失氮、磷通过沟渠进入水体,通过动态模拟实验研究对比不同排水沟渠对农田流失氮、磷的截留作用,同时通过静态模拟实验重点探讨了水生植物对氮、磷在水－沉积物－水生植物这一微观系统中的截留机理.结果表明:沟渠中的水生植物茭白和菖蒲对氮、磷的截留和转化有明显的促进作用;水生植物的存在可以加速氮、磷界面交换和传递,从而使上覆水中氮、磷含量快速减少;沉积物间隙水中氮、磷含量的变化受界面交换、沉积物吸附、微生物转化及植物吸收等各方面因素影响,水生植物调整并加强氮、磷的各种转化,植物的存在使得间隙水中氨氮及磷酸盐含量降低并呈现规律变化.      

滩涂农业垦区排水沟连接度对氮磷输出的影响

沟渠廊道提供了氮磷输送与排放通道,同时还提供氮磷滞留降解的环境,因此排水沟渠及其连通程度与氮磷输移及面源污染排放密切相关。为揭示不同连接度水平对氮磷污染物质扩散功能和净化功能的影响,论文以江苏盐城农业垦区排水沟为研究对象,分别在2015年8月和10月两次降水事件前后对不同等级排水沟进行4次水质（氮磷）监测,研究构建了基于氮磷输移过程关系的沟渠廊道连接度模型,进而利用回归模型分析了垦区排水沟连通度与氮磷输移的关系,结果显示：1）氮磷负荷呈现出10月雨前 < 8月雨前 < 10月雨后 < 8月雨后的时间变化特征,并有从上游到下游先升后降的空间变化特征;2）回归模型分析表明,排水沟TN、TP 输出随沟渠廊道连接度的增大呈先增后减的趋势,且其拐点分别位于沟渠廊道连接度为0.79、0.77时。研究表明,排水沟连接对于农田排水沟的扩散和净化功能的发挥起着重要作用,农业面源污染可以通过提高排水沟连接度来控制。     

排水沟渠炉渣与底泥对水中氮、磷截留效应

通过等温热力学吸附实验,将炉渣、炉渣+30%底泥、排水沟渠底泥对水中氨氮的去除效果进行比较,并采用Langmuir等温吸附方程对3种基质吸附氨氮、磷酸盐的量进行拟合;通过动力学实验,比较3种基质吸附速率.结果表明,炉渣、炉渣+30%底泥、排水沟渠底泥对氨氮的最大吸附量分别为0.49,1.03,1.75mg/g,对磷酸盐的最大吸附量分别为0.99,2.33,1.88mg/g;4h内基质吸附氨氮速率分别为:0.10,0.11,0.54mg/(g·h),2h内基质吸附磷酸盐速率分别为:0.048,0.051,0.096mg/(g·h).由于沟渠底泥较为松散、遇水冲刷易流失,故选择炉渣作为沟渠基质坝的填充物.基质坝能够减缓渠水流速,延长渠水的水力停留时间(HRT).