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Experimental investigation of the effect of flow turbulence and sediment transport patterns on the adsorption of cadmium ions onto sediment particles

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Journal of Environmental Sciences 2007年第6期19卷 696-703页

作者： huang sui-liang NG Chiu-on GUO Qi-zhong Numerical Simulation Group for Water Environment College of Environmental Science and Engineering Nankai University Tianjin 300071 China Deptartment of Mechanical Engineering The University of Hong Kong Pokfulam Road Hong Kong Department of Civil and Environmental Engineering Rutgers State University of New Jersey 623 Bowser Road Piscataway NJ 08854 USA

The mechanism of flow turbulence, sediment supply conditions, and sediment transport patterns that affect the adsorption of cadmium ions onto sediment particles in natural waters are experimentally simulated and studied both in batch reactors and in a turbulence simulation tank. By changing the agitation conditions, the sediment transport in batch reactors can be categorized into bottom sediment-dominated sediment and suspended sediment-dominated sediment. It is found that the adsorption rate of bottom sediment is much less than that of suspended sediment, but the sediment transport pattern does not affect the final （equilibrium） concentration of dissolved cadmium. This result indicates that the parameters of an adsorption isotherm are the same regardless of the sediment transport pattern. In the turbulence simulation tank, the turbulence is generated by harmonic grid-stirred motions, and the turbulence intensity is quantified in terms of eddy diffusivity, which is equal to 9.84F （F is the harmonic vibration frequency） and is comparable to natural surface water conditions. When the turbulence intensity of flow is low and sediment particles stay as bottom sediment, the adsorption rate is significantly low, and the adsorption quantity compared with that of suspended sediment is negligible in the 6 h duration of the experiment. This result greatly favors the simplification of the numerical modeling of heavy metal pollutant transformation in natural rivers. When the turbulence intensity is high but bottom sediment persists, the rate and extent of descent of the dissolved cadmium concentration in the tank noticeably increase, and the time that is required to reach adsorption equilibrium also increases considerably due to the continuous exchange that occurs between the suspended sediment and the bottom sediment. A comparison of the results of the experiments in the batch reactor and those in the turbulence simulation tank reveals that the adsorption ability of the sedimen

关键词： water flow sediment transport pollutant interactions turbulence, adsorption

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NUMERICAL MODELING OF SUSPENDED SEDIMENT TRANSPORT IN CHANNEL BENDS

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Journal of Hydrodynamics 2006年第4期18卷 411-417页

作者： huang sui-liang JIAY．F,WANG Sam S. Y. College of Environmental Science and Engineering Nankai University Tianjin 300071 China National Center for Computational Hydroscience and Engineering The University of Mississippi Oxford USA

An algorithm to compute three-dimensional sediment transport effect was proposed in this paper to enhance the capability of depth-averaged numerical models. This algorithm took into account of non-uniform distributions of flow velocities and suspended sediment concentrations along water depth, it significantly enhanced the applicability of 2D models in simulating open channel flows, especially in channel bends. Preliminary numerical experiments in a U-shaped and a sine-generated experimental channel indicate that the proposed method performs quite well in predicting the change of bed-deformation in channel bends due to suspended sediment transport. This method provides an effective alternative for the simulations of channel morphodynamic changes.

关键词： algorithm dispersion terms bends suspended sediment transport 2D numerical model

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THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL MODELING OF SECONDARY FLOWS IN A WIDE CURVED CHANNEL

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Journal of Hydrodynamics 2009年第6期21卷 758-766页

作者： huang sui-liang JLA Ya-fei CHAN Hsun-Chuan WANG Sam S. Y. Numerical Simulation Group for Water Environment Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria of Ministry of Education Tianjin Key Laboratory of Environmental Remediation and Pollution Control College of Environmental Science and Engineering Nankai University Tianjin 300071 China National Centre for Computational Hydroscience and Engineering The University of Mississippi Carrier Hall 102 University MS 38677 USA

Most natural rivers are curved channels, where the turbulent flows have a complex helical pattern, as has been extensively studied both numerically and experimentally. The helical flow structure in curved channels has an important bearing on sediment transport, riverbed evolution, and pollutant transport study. In this article, different turbulence closure schemes i.e., the mixing-length model and the k-ε model with different pressure solution techniques i. e., hydrostatic assumptions and dynamic pressure treatments are applied to study the helical secondary flows in an experiment curved channel. The agreements of vertically-averaged velocities between the simulated results obtained by using different turbulence models with different pressure solution techniques and the measured data are satisfactory. Their discrepancies with respect to surface elevations, superelevations and secondary flow patterns are discussed.

关键词： 3-D numerical modeling curved channels secondary flow patterns experiments

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NUMERICAL ANALYSIS OF THE PERFORMANCE OF HORIZONTAL AND WAVY SUBSURFACE FLOW CONSTRUCTED WETLANDS

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Journal of Hydrodynamics 2011年第3期23卷 339-347页

作者： WANG Jun huang sui-liang HE Cheng-da NG Chiu-On College of Environmental Science and Engineering Nankai University Tianjin 300071 China Numerical Simulation Group for Water Environment Key Laboratory of Pollution Processes and EnvironmentalCriteria of Ministry of Education Tianjin Key Laboratory of Environmental Remediation and Pollution ControlCollege of Environmental Science and Engineering Nankai University Tianjin 300071 China College of Environmental Science and Engineering Yangzhou University Yangzhou 225009 China Department of Mechanical Engineering The University of Hong Kong Hong Kong China

A three-dimensional numerical model is proposed for modeling the TP transport in the Horizontal Subsurface Flow （HSSF） and Wavy subsurface Flow （WSSF） constructed wetland in this article. Both numerical simulations and physical experiments indicate that the removal efficiency of WSSF is higher than that of HSSF. The difference ofperforrnance in removing pollutants, e.g., Total Phosphorus （TP）, between HSSF and WSSF is numerically analyzed from three interactive aspects, that is, the hydraulic behavior, the substrate and the plant roots. It is shown that the dead zone volume in WSSF is smaller than in HSSF with less short circuiting. The soil in the top layer is more used in WSSF than in HSSF. The TP uptake by the plant roots in WSSF is higher than that in HSSF.

关键词： numerical model constructed wetland hydraulic behavior Retention Time Distribution (RTD) removal efficiency

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Preparation of DyFe_2 by the Reduction-Diffusion Process

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Journal of Materials Science & Technology 2000年第2期16卷 181-182页

作者： Guangsi GUO, Guangqiang LI, Zhenqi huang, Zhitong sui and liang LIU (School of Materials and Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110006, China) Thlin ZHOU (Baotou Research Institute of Rare Earth, Baotou 014010, China) School of Materials and Metallurgy Northeastern University Shenyang 110006 China Baotou Research Institute of Rare Earth Baotou 014010 China

The free energy change for the reduction-diffusion reaction which was used to prepare the DyFe_2 D_y2 O_3(s) + 3Ca(g) + 4Fe(s) = 3C_aO(s) + 2D_yFe_2(s) intermetallic compound powder was calculated. The reduction-diffusion experiments were carried out at 1073, 1123. 1273 and 1373 K respectively using powders of D_y2O_3, iron, and calcium grains as raw materials. XRD and EDX analysis confirmed that D_yFe_2 was formed by the diffusion of Dy into Fe.

关键词： Preparation of DyFe2 by the Reduction-Diffusion Process

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滦河流域未来土地利用变化情景的水文响应

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生态学杂志 2016年第7期35卷 1970-1980页

作者：李莹黄岁樑环境污染过程与基准教育部重点实验室水环境数值模拟研究室天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室南开大学环境科学与工程学院天津300350

以滦河流域相关规划为基准,设置现状延续、经济发展优先和生态保护优先3种土地利用发展情景,应用CLUE-S模型预测滦河流域2030年土地利用;并应用SWAT模型模拟3种情景的水文过程,对比不同发展情景下流域未来水文过程,识别各情景中产沙关... 详细信息

以滦河流域相关规划为基准,设置现状延续、经济发展优先和生态保护优先3种土地利用发展情景,应用CLUE-S模型预测滦河流域2030年土地利用;并应用SWAT模型模拟3种情景的水文过程,对比不同发展情景下流域未来水文过程,识别各情景中产沙关键源区。结果表明:2030年,3种情景中流域中游承德市及周围县扩张最为显著;地表径流方面,生态保护优先情景中最小(11.34 mm·a^(-1)),分别为现状延续与经济发展优先情景的47.51%和46.02%;地下径流方面,经济发展优先情景最小(7.94 mm·a^(-1)),分别为现状延续与生态保护优先情景的51.90%和23.26%;产沙方面,生态保护优先情景(0.35×10~5kg·km^(-2)·a^(-1))比其他情景减少约60%;流域水土保持方面,生态保护优先情景效果最好,现状延续情景土壤侵蚀严重,经济发展优先情景水源涵养不理想。研究区可按照现状延续模式继续发展,但应根据产沙空间特征进行分区治理,重点治理流域的产沙关键源区,适当调整土地利用方式。

关键词： CLUE-S模型 SWAT模型土地利用径流产沙

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土壤水分特征曲线模型对数值模拟非饱和渗流的影响

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水动力学研究与进展（A辑） 2010年第1期25卷 16-22页

作者：王俊黄岁樑南开大学环境科学与工程学院天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300071 天津城市建设学院基础部天津300384

土壤水分特征曲线直接影响非饱和渗流场压力水头和含水率的预测结果。Brooks-Corey模型和van Genuchten模型是目前运用最广泛的土壤水分特征曲线模型。本文给定三种不同质地土壤(粘土、砂土和砾石)的BC模型参数,根据Morel提出的BC模型... 详细信息

土壤水分特征曲线直接影响非饱和渗流场压力水头和含水率的预测结果。Brooks-Corey模型和van Genuchten模型是目前运用最广泛的土壤水分特征曲线模型。本文给定三种不同质地土壤(粘土、砂土和砾石)的BC模型参数,根据Morel提出的BC模型与VG模型等价的参数关系计算出VG模型参数。采用上述两模型分别对这三种土壤进行了均质土柱的入渗过程模拟。两种模型的计算结果有一定差别。三种土壤土柱的VG模型湿润锋推进速度都比BC模型大。由于粘土的初始含水率接近饱和,BC模型和VG模型的渗流场差距最大。粘土土柱上表面压力水头的变化幅度BC模型小于VG模型,而含水率的变化幅度BC模型大于VG模型。砂土和砾石土柱上表面压力水头和含水率的变化幅度都为BC模型大于VG模型。砂土土柱BC模型和VG模型的渗流场差距随入渗时间的持续而加剧。

关键词：土壤水分特征曲线渗透系数 Brooks-Corey模型 van Genuchten模型非饱和渗流

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海河沉积物中磷释放的模拟研究

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环境科学研究 2008年第4期21卷 126-131页

作者：孙淑娟黄岁 南开大学环境科学与工程学院天津300071

在实验室条件下,分别对海河沉积物中磷的释放量与沉积物磷形态分布的关系及好氧/厌氧条件,pH,温度,外源磷含量,微生物活动等环境因素对其的影响进行了模拟研究.结果表明,微生物作用是影响海河沉积物中磷释放量的主要因素;厌氧条件下,磷... 详细信息

在实验室条件下,分别对海河沉积物中磷的释放量与沉积物磷形态分布的关系及好氧/厌氧条件,pH,温度,外源磷含量,微生物活动等环境因素对其的影响进行了模拟研究.结果表明,微生物作用是影响海河沉积物中磷释放量的主要因素;厌氧条件下,磷从沉积物向水体的释放量远高于好氧条件下沉积物磷的释放量;温度升高有利于沉积物中磷的释放;酸性和碱性条件下沉积物磷的释放量略高于中性条件下沉积物磷的释放量;当上覆水磷含量较高时,沉积物中的磷呈"负释放"状态.研究还显示,沉积物中不同形态的磷含量与沉积物磷释放量有不同程度的相关性,其中可交换态磷(NH4Cl-P)和可还原态磷(BD-P)含量与沉积物磷的释放量高度相关(R2分别为0.99和0.84).

关键词：海河沉积物磷释放环境因素

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海河干流表层沉积物总磷、总铁和有机质的含量及相关性分析

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环境科学研究 2007年第3期20卷 63-67页

作者：安敏黄岁樑南开大学环境科学与工程学院天津300071

采用深水表层沉积物采样器采集海河干流8个断面的表层沉积物,测定不同粒径表层沉积物的总磷(TP)、总铁(TFe)和有机质(OM)含量,并采用多元线性回归分析方法对TP与TFe和OM含量进行相关性分析.结果表明:海河干流表层沉积物的颗粒组成除光... 详细信息

采用深水表层沉积物采样器采集海河干流8个断面的表层沉积物,测定不同粒径表层沉积物的总磷(TP)、总铁(TFe)和有机质(OM)含量,并采用多元线性回归分析方法对TP与TFe和OM含量进行相关性分析.结果表明:海河干流表层沉积物的颗粒组成除光华桥断面分布较均匀外,其余各断面主要以砂粒(>54%)为主;沉积物的TP含量为29.00～78.99μmol/g,TFe含量为595.67～719.91μmol/g,w(OM)为3.77%～8.79%;同一断面不同粉砂粒之间的TP,TFe和OM含量没有显著性差异(P>0.05),而不同断面之间的差异十分显著(P0.85).

关键词：海河干流表层沉积物总磷总铁有机质相关性分析

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供水管网优化模型比较研究

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水利水电技术 2006年第12期37卷 66-70页

作者：刘丽黄岁樑南开大学环境科学与工程学院天津300071

以寻找工程实践中最可行的管网优化模型为目的,通过理论分析和实例计算对工程中常用的单目标线性规划模型、多目标线性规划模型和单目标非线性规划模型进行对比研究。结果表明,单目标非线性规划模型具备较强实用价值。三类模型的比较研... 详细信息

以寻找工程实践中最可行的管网优化模型为目的,通过理论分析和实例计算对工程中常用的单目标线性规划模型、多目标线性规划模型和单目标非线性规划模型进行对比研究。结果表明,单目标非线性规划模型具备较强实用价值。三类模型的比较研究也为进一步改进管网优化设计方法提供了新的思路。

关键词：供水管网优化设计单目标线性规划多目标线性规划单目标非线性规划

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