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土壤自净化特性及公路导排系统关键技术研究

土壤自净化特性及公路导排系统关键技术研究

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作者：李海长沙理工大学

学位级别：硕士

公路路面的径流污染是交通运输引起的环境污染的一个重要方面,其严重影响周边环境与水体的安全,破坏周边的生态环境,对人类的健康和安全构成威胁,部分污染物甚至会严重影响周边环境的动植物的生存。目前利用土壤自净化特性设计公路导排... 详细信息

公路路面的径流污染是交通运输引起的环境污染的一个重要方面,其严重影响周边环境与水体的安全,破坏周边的生态环境,对人类的健康和安全构成威胁,部分污染物甚至会严重影响周边环境的动植物的生存。目前利用土壤自净化特性设计公路导排系统可对其影响进行有效削减,为此,本文对土壤自净化特性及公路导排系统的关键技术进了理论与试验研究,获得了一些有益的结论,为设计更为有效的公路导排系统以削减路面径流污染,保护公路周边生态环境提供一定的理论基础。首先,本文以前人的研究成果为基础,探讨了土壤自净化特性的机理,同时结合导排系统的构造特点得到了其净化路面径流污染物的机制,并开展了土壤自净化特性的土柱单元体模型试验。在此基础上,引入土壤溶质运移理论对导排系统进行理论分析并用HYDRUS系列软件对其数值仿真模拟,其中数值模拟包括土柱单元体模拟和导排系统的模拟。在数值模拟中,先验证了HYDRUS-1D模型的可靠性,再用HYDRUS-1D得到的第二期试验出水口氨氮模拟值与实测值对比,从对比结果得到HYDRUS-1D模型能较好地模拟土壤溶质运移过程,接下来用HYDRUS-1D模型分析溶质运移的三个主要参数—(弥散系数、吸附因子、速率反应参数)对土壤溶质运移的影响。最后用HYDRUS(2D/3D)程序模拟了导排系统中溶质运移过程,得到了溶质在导排系统中的迁移与转化特征,并通过该软件分析了坡角与坡长对导排系统净化功能的影响。由本文试验与理论分析结果可知:①土壤类型是影响污染物迁移与转化的主要原因之一,粉质粘土柱对污染物指标(CODcr、NH4-N、TN)的去除情况优于粉土柱和砂土柱;②含有粘粒组的土柱对氨氮的去除率达到58%以上,而不含粘粒组的土柱不到20%,粘粒组行为对化学耗氧量和总氮的去除的影响相对较小;③红土对TN和CODcr净化效果随孔隙比增大而增大,而孔隙比条件对净化NH4-N的效果影响较小;④从变化趋势来看,孔隙比条件对净化CODcr效果的影响较大;⑤三个溶质运移关键参数中,一级反应参数对处理水浓度影响最大,吸附因子次之,弥散系数最小;⑥溶质沿公路导排系统坡面方向向下运移速度逐渐减小,越靠近坡面顶端,溶质峰值浓度越大,达到平衡时间越短;⑦坡度变化对导排系统中的溶质运移无影响,坡长在一定范围内对导排系统溶质运移影响较大,达到一定值后影响较小,其中存在一个最佳坡长值使导排系统净化效果最好。

关键词：交通运输公路导排系统路面径流污染土壤自净化有限元软件

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