滇池流域生态沟渠截留—去除污染物的影响因素及控制技术研究
作者单位：云南大学
学位级别：硕士
导师姓名：段昌群;付登高
授予年度：2015年
学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境]
摘 要：农业面源污染己成为绝大多数开放水体氮、磷的主要污染源,并且通过沟渠输移,因此在流域源头构建控制农业面源污染的生态沟渠,并提高其对污染物的削减能力,对减轻下游水体氮磷养分负荷、改善环境质量具有重要意义。本研究以滇池流域柴河子流域的农田生态沟渠作为研究对象,结合野外试验及室内模拟试验,对影响生态沟渠对污染物截留、去除效果的几个关键因素进行研究,并找出主导因素,基于主导因素对现有农田沟渠进行生态化工程改良并获得相关参数,以期较有针对性的提高农田沟渠的污染物削减滞留作用,为有效控制滇池流域农田面源污染提供科学支持和技术指导。本研究获得的主要结果如下： (1)野外构建了两种不同类型的生态沟渠,雨季时对植物生态沟、嵌草砖生态沟和土质对照沟进行了采样监测。结果表明,植物生态沟对总氮、硝氮、铵氮、总磷、COD、SS的平均削减率分别为24.24%、22.01%、42.89%、36.31%、17.51%、5.79%,嵌草砖生态沟的平均削减率分别为11.83%、10.22%、25.78%、4.87%、0.97%、-1.07%,土质沟对各污染物的平均削减率分别为1.53%、0.66%、30.24%、-22.15%、-12.84%、0.44%。综合比较,植物生态沟的污染物削减效果最好,土质沟的污染物削减效果最差。 (2)室内模拟实验研究了影响生态沟渠去除污染物的主要因素,包括进水浓度、水力停留时间、底泥饱和度、秸秆废弃物堆积、植物种植等。结果表明：①除初始浓度较低的铵氮和COD外,上覆水中其他污染物的削减量随着水力停留时间的延长而增加;②所有污染物的削减量和终浓度都随初始浓度的上升而增加;③秸秆废弃物的覆盖会增加上覆水中铵氮、总磷和COD的浓度,但却促进了硝氮和总氮的去除,这可能和秸秆废弃物降解释放的有机物对微生物反硝化的促进作用有关;④植物的种植仅对上覆水总氮的削减有显著促进作用,可能和植物生物量较小且根系不发达,底泥养份过多且较少吸收水体中的污染物有关。综合比较,初始浓度和水利停留时间是最重要的两个主导因素。 (3)在模拟实验中,还研究了底泥对污染物的吸附特性,发现底泥自身的内源性氮磷是决定氮磷吸附／解吸平衡浓度的一个重要因素。氮吸附效率和氮吸附能参数(Kf)与氮的NAP值呈极显著相关,表明沉积物对上覆水体中氮的吸附能力受本底吸附态氮的影响;磷吸附效率与底泥全氮显著相关,磷吸附能参数(Kf)与磷NAP极显著相关,说明沉积物对上覆水体中磷的吸附能力不仅受本底吸附态磷的影响,还与底泥的全氮含量有关。 (4)根据室内模拟的结果,在野外沟渠中设计、构建了有利于污染物截留和去除的“生态陷阱,并对构建的“生态陷阱沟渠和土质沟进行了污染物去除的对比研究。结果表明,生态陷阱沟渠对总氮、硝氮、总磷、COD、SS的削减效果最好,平均削减率分别为22.91%、21.10%、32.15%、28.64%和6.32%,优于土质沟(5.98%、-0.40%、11.90%、28.53%和1.64%);土质沟对铵氮的削减效果优于陷阱沟,平均削减率为34.17%,优于生态陷阱沟(22.29%)。由此可见,经工程改造的“生态陷阱沟渠对污染的削减效果明显优于未改造的原有土质沟渠,实现沟渠生态化改造的目的。 基于以上研究结果,对滇池流域农田沟渠生态化改造和管理提以下几点建议：(1)合理控制农田施肥量,降低沟渠渠水的污染负荷;(2)定期进行沟渠底泥的清淤,并清理其内堆积的秸秆废弃物;(3)对现有沟渠进行改造或增强生态化水平,以增加径流的水力停留时间,达到面源污染物的削减效能;(4)生态沟渠在植物的选择上,沟底可采用植株较矮小的铜钱草,沟壁选种匍匐类植物狗牙根,不影响沟渠排灌,并利于固土护坡和污染物削减;(5)生态陷阱对沟渠径流污染物有较好的处理效果,且维护简单,可进行优化和推广。
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