半干旱地区沟渠湿地水环境修复机理

论文摘要

水是人类生存的基本条件和生产活动最重要的物质基础,随着经济和社会的快速发展,我国水污染现象越来越严重,现有的水资源质量不断下降,水环境持续恶化。其中农业非点源污染物是引起地表水富营养化的主要因素,湿地能通过吸附、沉淀、植物吸收、微生物转化等作用有效截留和去除非点源污染物。由于农业面源污染低浓度、大范围的特点及其排放途径,沟渠湿地在治理农业面源污染方面将是不可替代的一种工程技术措施,已得到世界范围内的认可,其应用前景十分广阔。因此,研究半干旱地区沟渠湿地水文及水环境效应机理,对农业面源污染的治理及水环境生态修复、对半干旱地区水资源的可持续利用将具有重要的理论意义和实用价值。本文对北方半干旱地区沟渠湿地中氮、磷去除机理的分析研究得出:湿地中的氮主要通过氨化过程、硝化、反硝化过程、固氮过程和氮的同化作用迁移转化;通过植物吸收、氨的挥发、介质的吸附以及微生物的硝化—反硝化脱氮。湿地中磷主要通过地表径流流失;通过植物吸收、物理化学作用及微生物去除三方面作用去除。本文分析了北方半干旱地区沟渠湿地的水文过程,建立了湿地水文过程的数学模型,结合SWMS2D模型,编制计算机模拟程序,对不同水平年进行数值模拟,结果显示:沟渠的衬砌情况和沟间距对沟渠湿地的水文过程有较大影响。为定量研究沟渠湿地系统的大面积应用提供理论及技术分析手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 农业面源污染物的控制措施
• 1.3.1 农业面源污染的危害
• 1.3.2 面源污染物的控制措施
• 1.4 沟渠湿地在农业面源污染净化的作用
• 1.4.1 对总氮的去除
• 1.4.2 磷的去除
• 1.5 湿地对营养物质去除的影响因素
• 1.5.1 基质的类型
• 1.5.2 湿地植物
• 1.5.3 季节、温度
• 1.5.4 pH值
• 1.6 研究主要内容及方法
• 第2章 沟渠湿地对氮、磷的净化机理
• 2.1 湿地中氮的迁移转化
• 2.1.1 湿地中氮的类型
• 2.1.2 湿地中氮的转化
• 2.1.3 湿地中氮的去除机理
• 2.2 湿地中磷的迁移转化
• 2.2.1 磷在湿地中的转化
• 2.2.2 湿地中磷的水化学
• 2.2.3 湿地中磷的植物化学
• 2.2.4 生物对磷的吸收和储存
• 2.2.5 土壤和填充材料对除磷的作用
• 2.2.6 湿地中磷的去除机理
• 2.3 本章小结
• 第3章 沟渠湿地水量数学模型
• 3.1 饱和—非饱和土壤水运动基本方程
• 3.2 根系吸收项处理
• 3.3 土壤水分运动参数
• 3.3.1 水分运动参数的推求关系式
• 3.3.2 水分运动参数的插值计算
• 3.3.3 水分运动参数的标定
• 3.4 各向异性张量的处理
• 3.5 边界条件的处理
• 3.5.1 边界条件的类型
• 3.5.2 第一类边界的处理
• 3.5.3 第二类边界和第三类边界的处理
• 3.5.4 大气边界和渗出面的处理
• 第4章 模型的数值求解
• 4.1 模型的基本方程
• 4.2 空间离散
• 4.3 时间离散
• 4.4 求解思路
• 4.5 水量平衡计算
• 第5章 边界处理及计算结果可视化
• 5.1 边界处理
• 5.1.1 田间降雨积水、入渗面
• 5.1.2 沟渠中自由出渗、入渗面
• 5.2 计算结果可视化
• 5.2.1 OpenGL简介
• 5.2.2 OpenGL的工作机制和基本工作流程
• 5.2.3 OpenGL相关主要技术
• 5.2.4 可视化结果
• 第6章 数值计算及结果分析
• 6.1 输入数据
• 6.1.1 基本信息
• 6.1.2 土壤信息
• 6.1.3 时间信息
• 6.1.4 根系吸水信息
• 6.1.5 渗流面边界信息
• 6.1.6 排水管边界信息
• 6.1.7 溶质相关信息
• 6.1.8 节点信息
• 6.1.9 单元信息
• 6.1.10 边界信息
• 6.1.11 时变信息
• 6.1.12 其他的输入信息
• 6.2 第一种情况模拟结果
• 6.2.1 模拟区域的主要参数
• 6.2.2 模拟结果
• 6.3 第二种情况模拟结果
• 6.3.1 模拟区域的主要参数
• 6.3.2 模拟结果
• 6.4 第三种情况模拟结果
• 6.4.1 模拟区域的主要参数
• 6.4.2 模拟结果
• 6.5 第四种情况模拟结果
• 6.5.1 模拟区域的主要参数
• 6.5.2 模拟结果
• 6.6 第五种情况模拟结果
• 6.6.1 模拟区域的主要参数
• 6.6.2 模拟结果
• 6.7 第六种情况模拟结果
• 6.7.1 模拟区域的主要参数
• 6.7.2 模拟结果
• 6.8 第七种情况模拟结果
• 6.8.1 模拟区域的主要参数
• 6.8.2 模拟结果
• 6.9 第八种情况模拟结果
• 6.9.1 模拟区域的主要参数
• 6.9.2 模拟结果
• 6.10 第九种情况模拟结果
• 6.10.1 模拟区域的主要参数
• 6.10.2 模拟结果
• 6.11 第十种情况模拟结果
• 6.11.1 模拟区域的主要参数
• 6.11.2 模拟结果
• 6.12 第十一种情况模拟结果
• 6.12.1 模拟区域的主要参数
• 6.12.2 模拟结果
• 6.13 模拟结果比较分析
• 6.13.1 是否衬砌的影响
• 6.13.2 衬砌材料的影响
• 6.13.3 不同沟间距的比较
• 6.13.4 不同水平年的比较
• 6.14 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介