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基于数学模型的陕西黑河水源区植被过滤带效果评估

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水科学进展 2013年第1期24卷 42-48页

作者：杨寅群李怀恩杨方社武汉大学资源与环境科学学院湖北武汉430079 西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室陕西西安710048 西北大学城市与环境学院陕西西安710069

为探讨运用数学模型进行植被过滤带效果评估的方法,以陕西黑河水源区为例,通过植被过滤带水文及泥沙输移模型,分析了植被过滤带的带宽及坡度对入流泥沙净化效果的影响,确定适宜的植被过滤带设置方法,并采用污染负荷～泥沙关系法对植被... 详细信息

为探讨运用数学模型进行植被过滤带效果评估的方法,以陕西黑河水源区为例,通过植被过滤带水文及泥沙输移模型,分析了植被过滤带的带宽及坡度对入流泥沙净化效果的影响,确定适宜的植被过滤带设置方法,并采用污染负荷～泥沙关系法对植被过滤带的流域非点源污染负荷削减效果进行估算。结果表明:草地植被过滤带带宽以3～5 m为宜,且应设置于坡度小于60°的河岸岸坡;在黑河水源区内的可设带区域全部设置植被过滤带后,将削减泥沙负荷的21.7%,TP负荷的12.4%和TN负荷的14.3%,植被过滤带能够在黑河水源区的水质保护中起到重要作用。

关键词：非点源污染数学模型植被过滤带黑河水源区

植被过滤带对非点源污染物净化效果的初步研究

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植被过滤带对非点源污染物净化效果的初步研究

作者：杨寅群西安理工大学

学位级别：硕士

植被过滤带是位于污染源与水体之间的植被区域,它能延缓地表径流的水流速度,增大水流入渗和补给地下水,实现对径流中非点源污染物质的有效拦截。本研究在陕西小华山水库岸坡按不同植被配置方式建设了1条草地过滤带和2条沙棘-草本复合过... 详细信息

植被过滤带是位于污染源与水体之间的植被区域,它能延缓地表径流的水流速度,增大水流入渗和补给地下水,实现对径流中非点源污染物质的有效拦截。本研究在陕西小华山水库岸坡按不同植被配置方式建设了1条草地过滤带和2条沙棘-草本复合过滤带,通过径流模拟试验测定了植被过滤带对地表径流中非点源污染物的净化效果并分析了其影响因素;首次引入VFSMOD模型,并将其应用到西安黑河引水工程水源区的植被过滤带设计规划中。取得的主要成果如下：(1)陕西关中地区气候适宜,只需在受纳水体边一定范围实行封育措施,即能形成天然的草地过滤带,易于植被过滤带的推广和运用;复合过滤带中的沙棘会影响草本群落的发育,不宜作为植被过滤带的主要物种密集种植。(2)植被过滤带对地表径流的延滞效应主要与过滤带的表面糙率有关,植被越浓密,过滤带的糙率越大,对地表径流的延滞效应就越强。(3)在试验条件下：a.各植被过滤带对地表径流中SS、TN、TP和COD浓度的削减率均达到81.27%、46.05%、73.28%和60.48%以上,对上述四种污染物负荷的削减率则达到了89.57%、69.93%、85.11%和77.97%以上;b.三条植被过滤带中,草本群落发达的草地过滤带对地表径流的净化效果最佳;c.土壤初始含水量不是影响植被过滤带对地表径流净化效果的敏感因子;d.草地过滤带对地表径流中非点源污染物的削减主要发生在前10m;e.各植被过滤带的净化效果均随入流流量的增大而减小,且流量的变化对草本群落欠发达的复合过滤带影响更为显著;f.入流泥沙浓度的变化对SS浓度及负荷的削减率影响不大,但TN、TP及COD的净化效果均随入流污染物浓度的增大而增大;g.植被过滤带不能有效降低地表径流中的水溶性氮磷营养物的浓度,但通过对地表径流的下渗作用,过滤带在大多数时候仍能削减它们的污染负荷。(4)VFSMOD模型能够较好地模拟植被过滤带对地表径流量和泥沙的削减效果,在对该模型进行参数率定和模型检验后,将其应用到黑河引水工程水源区保护规划中,模拟结果表明在黑河水源区内部分敏感河段布设带宽为5m的草地过滤带后,将削减入库泥沙负荷的22.14%,TP负荷的12.66%和TN负荷的14.60%,植被过滤带能够在黑河水源区的水质保护中起到重要作用。

关键词：植被过滤带非点源污染 VFSMOD模型净化效果小区试验

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植被过滤带对地表径流中污染物的净化效果

农业工程学报 2010年第7期26卷 81-86页

作者：李怀恩邓娜杨寅群史冬庆西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 湖南农业大学资源环境学院长沙410126 武汉大学资源与环境科学学院武汉430079

植被过滤带是控制非点源污染的"最佳管理措施"之一。为了探讨植被过滤带在中国西北地区的实际应用,该文作者在陕西小华山水库岸坡地建设了3条不同配置方式的植被过滤带,通过试验测定了植被过滤带对地表径流中几种污染物的净化效果,并分... 详细信息

植被过滤带是控制非点源污染的"最佳管理措施"之一。为了探讨植被过滤带在中国西北地区的实际应用,该文作者在陕西小华山水库岸坡地建设了3条不同配置方式的植被过滤带,通过试验测定了植被过滤带对地表径流中几种污染物的净化效果,并分析其影响因素。结果表明,植被过滤带对地表径流中的颗粒态氮、颗粒态磷、总氮、总磷和化学需氧量浓度削减率分别达到82.02%、77.13%、46.05%、73.28%和60.48%以上,负荷削减率分别达到89.98%、87.25%、69.93%、85.11%和77.97%以上,并能有效地削减溶解态氮和溶解态磷的负荷量;自然草地过滤带和沙棘-草本过滤带对地表径流中这几种污染物的削减主要发生在前10m。过滤带内的植被条件、入流流量和入流污染物浓度是影响过滤带净化效果的重要因素。

关键词：净化污染控制径流植被过滤带非点源污染物野外试验

沙棘植物对水流表面流速横向分布影响的PIV野外试验

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水力发电学报 2011年第3期30卷 132-137页

作者：杨方社李怀恩杨寅群宋进喜西北大学城市与环境学院西安710069 西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 武汉大学资源与环境科学学院武汉430079

河渠中植被可以增大水流阻力、雍高水位并改变水流的横纵向流速分布。应用先进的PIV技术,在野外大型试验场,开展了沙棘柔性植物对水流特性影响的野外试验。根据实验数据,本文分析与讨论了沙棘柔性植物对水流表面流速沿横向分布的影响。... 详细信息

河渠中植被可以增大水流阻力、雍高水位并改变水流的横纵向流速分布。应用先进的PIV技术,在野外大型试验场,开展了沙棘柔性植物对水流特性影响的野外试验。根据实验数据,本文分析与讨论了沙棘柔性植物对水流表面流速沿横向分布的影响。分析表明,在恒定非淹没流作用下,无沙棘植物的对比段表面流速横向分布符合对数型顺"流舌"的光滑型态,沙棘柔性植物丛内的表面流速沿横向则呈现出反"流舌"型态,并沿整个断面的分布并不光滑,表现出沙棘植物对水流明显的阻力效应。在流出柔性植物后的对比段中,流速沿程增大,沿横向分布也开始逐渐恢复到无植物时的状态。这些对于研究河道植被阻力及滞流拦沙能力都有重要意义。

关键词：水力学沙棘植物横向流速分布影响 PIV 野外试验

基于PIV技术的沙棘柔性坝影响下水流表面流速沿程变化特性试验分析

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实验流体力学 2011年第1期25卷 59-64页

作者：杨方社李怀恩曹明明杨寅群西北大学城市与环境学院西安710069 西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 武汉大学资源与环境学院武汉430079

基于PIV技术,在野外试验基地,开展了沙棘植物柔性坝对水流表面流速场影响的野外试验,探索在大型野外水流试验中应用PIV技术的可行性。主要分析与讨论了沙棘植物柔性坝作用下水流表面流速的沿程变化特性,以反映沙棘植物对水流的阻滞效应... 详细信息

基于PIV技术,在野外试验基地,开展了沙棘植物柔性坝对水流表面流速场影响的野外试验,探索在大型野外水流试验中应用PIV技术的可行性。主要分析与讨论了沙棘植物柔性坝作用下水流表面流速的沿程变化特性,以反映沙棘植物对水流的阻滞效应。结果表明:将PIV技术应用于大型野外水流试验研究中是可行的;与无植物的对比段对比表明,植物对水流具有很强的阻滞消能作用,坝前表面流速最大,水流进入沙棘柔性坝后,表面流速迅速减小,水位雍高;受植物排的影响,沙棘柔性坝水流表面流速变化表现出缓慢的波浪型态或曲折的'之'字变化型态;水流流出沙棘柔性坝后,表面流速沿程开始逐渐恢复,并趋向于坝前对比段表面流速分布。本研究可为山区沟道开展以植物为主体的滞流拦沙水土保持生态工程提供理论依据。

关键词： PIV 沙棘柔性坝表面流速沿程变化野外试验

小型人工沙棘林对砒砂岩沟道土壤有机质与水分的影响

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干旱区资源与环境 2011年第9期25卷 110-115页

作者：杨方社李怀恩曹明明杨寅群西北大学城市与环境学院西安710069 西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 武汉大学资源与环境科学学院武汉430079

在内蒙古砒砂岩典型地区的准格尔旗东一支沟开展了小型人工沙棘植物林水保生态效应野外试验。根据试验数据,分析与研究了沙棘植物对沟道土壤有机质及土壤含水率的影响,揭示了沙棘植物对砒砂岩沟道土壤改良及对沟道土壤水分的调控效应,... 详细信息

在内蒙古砒砂岩典型地区的准格尔旗东一支沟开展了小型人工沙棘植物林水保生态效应野外试验。根据试验数据,分析与研究了沙棘植物对沟道土壤有机质及土壤含水率的影响,揭示了沙棘植物对砒砂岩沟道土壤改良及对沟道土壤水分的调控效应,可为沙棘植物治理砒砂岩地区水土流失提供理论依据。结果表明:小型人工沙棘林的土壤剖面(0～100cm)有机质平均值约是对比沟土壤有机质均值的2倍,沙棘植物可显著提高并改善沟道土壤肥力。沙棘植物影响了有机质沿土壤剖面分布格局,各小型人工沙棘林土壤有机质沿土壤剖面(0～100cm)分布表现为大"U"型,而对比沟土壤有机质沿土壤剖面(0～100cm)分布表现为"L"型。各小型人工沙棘林沿土壤剖面(0～100cm)的土壤含水率平均值约是对比沟的1.37倍,都显著大于对比沟。沙棘植物对沟道土壤含水率具有明显调节作用,能有效增加沟床地下土壤水库库容,有利于沟床植物群落的生长,发挥沙棘植物拦沙保水、抑制土壤侵蚀的功能。

关键词：人工沙棘林土壤有机质水分影响野外试验

VFSMOD模型对植被过滤带净化效果的模拟与适应性分析

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环境科学 2010年第11期31卷 2613-2618页

作者：杨寅群李怀恩史冬庆西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 武汉大学资源与环境科学学院武汉430079

在简述Vegetative Filter Strips Model(VFSMOD)模型的功能和机制的基础上,通过野外小区试验资料检验该模型对国内植被过滤带净化效果的模拟情况,进而分析其适用性.结果表明,出流水量模拟值与实测值的偏差多在±15%以内,出流SS浓度模拟... 详细信息

在简述Vegetative Filter Strips Model(VFSMOD)模型的功能和机制的基础上,通过野外小区试验资料检验该模型对国内植被过滤带净化效果的模拟情况,进而分析其适用性.结果表明,出流水量模拟值与实测值的偏差多在±15%以内,出流SS浓度模拟值与实测值的偏差多在±20%以内,出流水量和出流SS浓度模拟值与实测值的判定系数R2分别为0.995和0.889,模型具有较高的精度与较强的适应性,可用于植被过滤带的规划设计.

关键词：植被过滤带 VFSMOD模型非点源污染净化效果

植被过滤带对地表径流中悬浮固体净化效果的试验研究

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水力发电学报 2009年第6期28卷 176-181页

作者：李怀恩庞敏杨寅群杨方社孙晓丽西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室西安710048 南水北调中线干线工程建设管理局北京100038 武汉大学资源与环境科学学院武汉430079 西北大学环境科学院西安710069 新疆水利水电勘测设计研究院乌鲁木齐830000

植被过滤带是一种控制非点源污染的新型生态工程措施。本研究在陕西小华山水库岸坡地按不同植被配置方式建设了3条植被过滤带,通过小区试验测定了植被过滤带对地表径流中悬浮固体的净化效果并分析了其影响因素。研究结果表明,植被过滤... 详细信息

植被过滤带是一种控制非点源污染的新型生态工程措施。本研究在陕西小华山水库岸坡地按不同植被配置方式建设了3条植被过滤带,通过小区试验测定了植被过滤带对地表径流中悬浮固体的净化效果并分析了其影响因素。研究结果表明,植被过滤带能有效削减地表径流中的悬浮固体,植被条件、入流流量和入流悬浮固体浓度对净化效果影响显著,植被过滤带对悬浮固体的削减主要发生在前10m。

关键词：水环境植被过滤带悬浮固体非点源污染净化效果

基于长时间序列水位数据的长江下游菜子湖候鸟越冬期水位特征

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湖泊科学 2019年第6期31卷 1662-1669页

作者：刘学文李红清杨寅群仲夏吴师江波长江水资源保护科学研究所武汉430051 安徽省引江济淮集团有限公司合肥230000 安徽省水利水电勘测设计院合肥230088

湖泊生态水位过程对维持湖泊生态系统结构、过程和功能的完整性具有重要意义,也是当今湖泊科学领域面临的重要科学问题.基于菜子湖湖区水位站(车富岭水位站)1956-2018年日水位资料,采用pettitt突变检验法分析水位的突变性特征.结合年保... 详细信息

湖泊生态水位过程对维持湖泊生态系统结构、过程和功能的完整性具有重要意义,也是当今湖泊科学领域面临的重要科学问题.基于菜子湖湖区水位站(车富岭水位站)1956-2018年日水位资料,采用pettitt突变检验法分析水位的突变性特征.结合年保证率法得到菜子湖车富岭水位站低水位值,并在此基础上分析了低水位发生时间及历时、候鸟越冬期水位变化速率及其生态水位的区间阈值.主要结论有:菜子湖车富岭水位站1956-2018年年均水位无显著突变.菜子湖车富岭水位站低水位发生时间均值为年内的344 d,年际标准差为27 d,低水位的年均历时为69 d,标准差为49 d,有6年(1978、1997、2015-2018年)未发生低水位事件.菜子湖候鸟越冬期水位变化速率的均值为-0.009 m/d,年均值为-0.034~0.009 m/d,日均值为-0.051~0.016 m/d.菜子湖低水位发生时间的区间阈值为332~351 d,历时的区间阈值为33~98 d,变化速率的区间阈值为-0.070~0.020 m/d.加强菜子湖候鸟越冬期湿地生境保护适应性调度试验研究及生态环境监测,为菜子湖输水水位优化控制和菜子湖湿地生态保护提供科学依据.

关键词：菜子湖低水位阈值优化调度