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合肥城郊典型源头溪流不同渠道形态的氮磷滞留特征

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环境科学 2014年第9期35卷 3365-3372页

作者：李如忠杨继伟钱靖董玉红唐文坤合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009

为揭示源头溪流中深潭和曲折沟渠两种典型渠道形态的氮磷养分滞留特征,在合肥城郊二十埠河的某一级支流上,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,以NaCl为保守型示踪剂,开展现场示踪实验.在此基础上,利用OTIS模型软件、暂态存储参数和养分螺旋原... 详细信息

为揭示源头溪流中深潭和曲折沟渠两种典型渠道形态的氮磷养分滞留特征,在合肥城郊二十埠河的某一级支流上,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,以NaCl为保守型示踪剂,开展现场示踪实验.在此基础上,利用OTIS模型软件、暂态存储参数和养分螺旋原理,解析深潭和曲折沟渠氮磷滞留特征.结果表明:1深潭的As值较曲折沟渠大,但其α值则较弯曲沟渠小1个数量级,而且As和α值随水文条件变化均不显著;2深潭中主渠道流动水体的NH+4-λ较其暂态存储区的NH+4-λs高2~3个数量级,曲折沟渠的NH+4-λ与NH+4-λs数值较为接近;3深潭中NH+4-Vf较SRP-Vf高1~2个数量级,而在曲折沟渠中,不仅NH+4-Vf与SRP-Vf数值较为相近,NH+4-Sw与SRP-Sw也基本相当;4深潭的NH+4-U较SRP-U高出2~3个数量级,曲折沟渠NH+4-U则较SRP-U高出1~2个数量级;5总的来说,在对NH+4和SRP滞留影响方面,深潭和曲折沟渠存在较大的差异性,且在深潭中NH+4的滞留效应显著超过SRP.

关键词：源头溪流氮磷滞留养分螺旋暂态存储区 OTIS模型渠道形态

合肥地区不同类型源头溪流暂态存储能力及氮磷滞留特征

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环境科学学报 2015年第1期35卷 128-136页

作者：李如忠董玉红钱靖杨继伟唐文坤合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009

为揭示合肥地区不同类型源头溪流暂态存储能力及氮磷吸收滞留的基本特征,在城区和城郊筛选4条典型源头溪流,并以NH4Cl、KH2PO4为添加营养盐,以Na Cl为保守型示踪剂,开展现场示踪实验.在此基础上,利用OTIS模型水文参数(D、A、As和α),计... 详细信息

为揭示合肥地区不同类型源头溪流暂态存储能力及氮磷吸收滞留的基本特征,在城区和城郊筛选4条典型源头溪流,并以NH4Cl、KH2PO4为添加营养盐,以Na Cl为保守型示踪剂,开展现场示踪实验.在此基础上,利用OTIS模型水文参数(D、A、As和α),计算暂态存储指标(Ts、Tc、Ls、Rh和F200med),进而开展暂态存储能力分析,并以NH+4-N和SRP一阶吸收系数(λ、λs)解析氮磷滞留特征.结果表明:4条溪流水体的α值均处于10-4~10-3数量级;各溪流Tc基本都显著超过Ts,意味着这些溪流水体溶质滞留效应主要来自主渠道流动水体,而不是暂态存储区;根据Tc、Ts、Ls和Rh等指标,得到各源头溪流暂态存储能力排序为:二十埠河二级支流>二十埠河一级支流>十五里河源头段>关镇河支渠;4条源头溪流主渠道流动水体与暂态存储区的NH+4-N、SRP滞留特征存在很大的差异,并且二十埠河一、二级支流和十五里河均不同程度出现λ-NH+4、λs-NH+4为负值的现象,意味着这些水体对于NH+4-N既具有短期存储作用,也起着'源'的作用.

关键词：源头溪流 OTIS模型水文参数暂态存储指标氮磷滞留

基于原位调控的排水沟渠深潭氮磷滞留实证研究

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环境科学学报 2023年第5期43卷 100-107页

作者：李如忠何芮徐圣伟傅扬刘可诚合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009

为检验小河流氮磷营养盐滞留中深潭地貌作用,在合肥市境内两条源头排水沟渠,开展深潭容积和水深的土袋原位调控实验,并利用示踪实验和模型模拟技术,估算了调控前后深潭渠段的暂态存储潜力和氮磷滞留能力.结果表明:土袋调控情形下,板桥... 详细信息

为检验小河流氮磷营养盐滞留中深潭地貌作用,在合肥市境内两条源头排水沟渠,开展深潭容积和水深的土袋原位调控实验,并利用示踪实验和模型模拟技术,估算了调控前后深潭渠段的暂态存储潜力和氮磷滞留能力.结果表明:土袋调控情形下,板桥河支流深潭渠段F_(med)^(200)下降85.42%,A_(s)/A比值降幅达43.49%;二十埠河支流F_(med)^(200)下降82.67%~89.36%,A_(s)/A比值降幅达31.59%~39.78%,表明两条排水沟渠暂态存储潜力显著下降.与空白对照情形相比,板桥河支流深潭渠段NH_(4)^(+)吸收长度Sw增幅达18.38%,PO_(4)^(3-)增幅达201.38%;二十埠支流源头NH_(4)^(+)增幅为15.91%~19.92%,PO_(4)^(3-)增幅为7.05%~24.40%,意味着深潭容积减小、水深下降明显弱化了深潭地貌的氮磷营养盐滞留能力.就滞留率而言,调控情形下两条排水沟渠深潭渠段NH_(4)^(+)滞留率下降了14.54%~31.53%,PO_(4)^(3-)下降了16.93%~53.09%,直观展示了调控对深潭地貌营养盐滞留的影响.总之,案例结果证明了深潭地貌在小河流氮磷滞留中的正面效应.

关键词：深潭氮磷滞留排水沟渠原位调控

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河槽复杂农田溪流氮磷滞留特征及影响因素分析

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河槽复杂农田溪流氮磷滞留特征及影响因素分析

作者：殷齐贺合肥工业大学

学位级别：硕士

为揭示不同地形地貌格局对氮磷营养盐的暂态存储作用和滞留情况,以巢湖流域二十埠河源头的农田溪流为试验对象,以NaBr为保守示踪剂,NHCl、KNO和KHPO为添加营养盐,采用瞬时投加的方式,开展了现场示踪实验。在此基础上,利用OTIS模型模拟,... 详细信息

为揭示不同地形地貌格局对氮磷营养盐的暂态存储作用和滞留情况,以巢湖流域二十埠河源头的农田溪流为试验对象,以NaBr为保守示踪剂,NHCl、KNO和KHPO为添加营养盐,采用瞬时投加的方式,开展了现场示踪实验。在此基础上,利用OTIS模型模拟,得到模型水文参数估值,进行参数灵敏性分析;结合河床物理特征参数以及暂态存储指标,定量评估营养盐的暂态存储潜力;同时,基于养分螺旋指标,分析溪流对营养盐的滞留能力,识别营养盐滞留的影响因素;此外,运用TASCC方法,模拟硝态氮的动态滞留和吸收动力学特征。主要成果如下:(1)基于OTIS模型模拟得到的水文参数D、A、A和α的均值分别为0.087m·s、0.547 m、0.247 m、2.61×10s;通过参数灵敏性分析,得到其灵敏度排序结果为:A>A>α>D。(2)针对暂态存储指标F,水塘型渠段和半圆形弯曲渠段的值分别为29.05%和31.43%,表现出较大的暂态存储潜力。这与河段地貌特征参数呈现出的规律性,基本相符。(3)对于养分螺旋指标,能较为直接的反映营养盐的滞留情况。总的来说,水塘型渠段更有利于SRP和硝态氮的滞留,而半圆形弯曲渠段对氨氮的滞留效果更显著。同时得出暂态存储指标、河流水动力学参数以及河道物理特征参数对营养盐的滞留有显著相关性的结论。(4)小河流充分混合子渠段的S、U、K均值分别为为199.06m、631.13μg/(m·s)、1.46 mg/L。且动态养分螺旋指标与河道的地貌特征指标呈现出一定的相关性,表明了河道地貌形态对硝态氮滞留的重要性。

关键词：农田溪流暂态存储 OTIS模型氮磷滞留 TASCC

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农田溪流氮磷滞留能力调控的试验操纵模拟

农田溪流氮磷滞留能力调控的试验操纵模拟

作者：杨继伟合肥工业大学

学位级别：硕士

源头溪流是河流水系的重要组成部分,其具有的氮磷营养滞留和调节功能对调控和减轻下游水体氮磷污染具有重要意义。为揭示人工操纵对源头溪流氮磷滞留的调节作用,设计正挑交错型丁坝、下挑羽翼型丁坝、单级滚水坝和多级滚水坝4种人工调... 详细信息

源头溪流是河流水系的重要组成部分,其具有的氮磷营养滞留和调节功能对调控和减轻下游水体氮磷污染具有重要意义。为揭示人工操纵对源头溪流氮磷滞留的调节作用,设计正挑交错型丁坝、下挑羽翼型丁坝、单级滚水坝和多级滚水坝4种人工调控措施,以NaCl为保守示踪剂、以NH4Cl和KH2PO4为营养盐,开展野外示踪试验。在此基础上,利用OTIS模型模拟溶质扩散转化规律,通过对调控前后暂态存储指标、养分螺旋指标变化情况的比较,解析人工操纵对河流氮磷滞留效应的影响。此外,本研究还对深潭和曲折沟渠两种典型渠道形态开展了氮磷滞留特征分析,主要成果如下：(1)深潭的AS、TS和As/A值较曲折沟渠大,但其α值则较后者低1个数量级;深潭沟渠λ-NH4+较λs-NH4+高2～3个数量级,Vf-NH4+较Vf-SRP高1～2个数量级,U-NH4+较U-SRP高2～3个数量级,而曲折沟渠的λ-NH4+与λs-NH4+、Vf-NH4+与Vf-SRP数值上较为接近,U-NH4+较U-SRP仅高出1～2个数量级,表明深潭和曲折沟渠对于氮磷滞留潜力存在差异,且深潭对NH4+的滞留能力较SRP更强一些。(2)丁坝调控示踪试验研究表明：增设丁坝后,实验渠段的粗糙度f增大,交换系数α平均增大1个数量级;与无丁坝情形相比,1.5、2.5和3m间距的正挑交错型丁坝As/A增幅分别为27.27%、34.05%和21.48%, Fmed200增幅分别为191.10%、154.59%和179.89%;Vf-NH4、Vf-SRP、U-NH4和U-SRP增加幅度均较大,平均增加1个数量级;与无丁坝情形相比,2、4 m间距下挑羽翼型丁坝As/A增加幅度分别为105.41%和75.68%, Fmed200增幅分别为240.27%和153.40%;下挑丁坝调控前后SW值的变化规律为2m间距4m间距>无丁坝,表明丁坝有助于提高溪流氮磷滞留能力。(3)滚水坝调控示踪试验表明：增设滚水坝后,实验渠段的粗糙度f和As/A的值均显著增大;单级滚水坝调控前、后的a值变化不明显,而多级滚水坝则显著增大;30cm和50cm高度单级滚水坝较无水坝的Fmed200值分别增大1.44倍和3.83倍,Vf-SRP分别增大2.5和8.1倍,Fmed200、Vf-NH4、Vf-SRP分别增大3.17和18.96倍;多级滚水坝较无水坝的50cm>30cm>分别增大4.39、5.3和4.92倍。单级滚水坝调控氮磷滞留能力表现为无水坝,多级滚水坝为有水坝>无水坝。(4)多元统计分析结果表明：流量Q对溪流暂态存储潜力和氮磷滞留能力影响较大;溪流的暂态存储作用与氮磷滞留关系密切,通过人工调控措施增强溪流的暂态存储能力,有利于提高溪流氮磷滞留效应。

关键词：源头溪流氮磷滞留 OTIS模型丁坝滚水坝

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芦苇占优势农田源头溪流氮磷滞留特征及模拟

芦苇占优势农田源头溪流氮磷滞留特征及模拟

作者：曹竟成合肥工业大学

学位级别：硕士

芦苇作为大型挺水植物广泛分布于河流沟渠系统中,不仅可以直接吸收利用水体中氮、磷等营养元素,还可以通过多种方式减少非点源污染物向下游水体的传输。本研究以巢湖流域二十埠河源头的某一芦苇占优势农田溪流段为对象,选择NaCl为保守... 详细信息

芦苇作为大型挺水植物广泛分布于河流沟渠系统中,不仅可以直接吸收利用水体中氮、磷等营养元素,还可以通过多种方式减少非点源污染物向下游水体的传输。本研究以巢湖流域二十埠河源头的某一芦苇占优势农田溪流段为对象,选择NaCl为保守示踪剂、NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,采用恒速连续投加的方式,开展了8次现场示踪实验。在此基础上,利用OTIS模型模拟溶质运移转化规律,分析参数灵敏性,开展模型中不同功能模块的水环境模拟效应分析;通过暂态存储指标计算,定量评估芦苇占优势情形下沟渠暂态存储能力;根据养分螺旋原理,解析芦苇占优势渠段氮磷营养盐的滞留特征,并对主流区与暂态存储区的滞留贡献水平,以及水文与生物因素的营养盐滞留贡献开展定量化分析与评估。现将主要成果概述如下：(1)芦苇占优势渠段OTIS模型的水文参数D、A、As、α均值分别为0.103m2·s-1、0.325m2、0.390m2、1.63×10-4s-1;经由局部灵敏性分析,得到水文参数的灵敏度排序,即A>a>As>D。(2)通过对OTIS模型中各功能模块水环境模拟影响程度的分析,结果发现,忽略不计暂态存储作用导致的溶质浓度峰值相对偏差HI最大,意味着相比于其它作用机制,暂态存储对于溪流中溶质迁移运输过程的影响更为显著。(3)渠段溶质在暂态存储区的水力停留时间Ts大于主流区停留时间Tc,且比值As/A大于1,这与芦苇占优势情形有一定关系。回归分析结果表明,水力持留因子Rh与Q表现为幂函数关系,而暂态存储指标Ts、Ls、As/A、Fmed与Q之间均没有明显的相关关系。(4)营养盐NH4+和SRP吸收长度Sw-NH4、Sw-SRP的变化范围分别为189-1087m、412-3532m,吸收速度Vf-NH4+、Vf-SRP的数值大小介于10-6～10-4数量级之间,且吸收速率U-NH4+明显高于U-SRP(5)溪流中NH4+、SRP总滞留损失率平均值,分别为14.68%、12.53%。暂态存储区、主流区对NH4+滞留的平均贡献率分别为56.44%、43.56%,对SRP滞留的平均贡献率分别为47.82%、52.18%。(6)水文过程和生物作用对于NH4+滞留的实际贡献率均值分别为10.12%、4.57%,相对贡献率均值分别为72.51%、27.49%：对于SRP实际贡献率均值分别为10.12%、2.41%,相对贡献率均值分别为81.42%、18.58%;相关性分析表明,滞留损失率ηNH4、ηSRP与水动力学参数Re、n之间没有显著的相关关系。

关键词：氮磷滞留 OTIS模型暂态存储农田溪流芦苇

合肥地区不同类型源头溪流氮磷滞留特征及模拟

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合肥地区不同类型源头溪流氮磷滞留特征及模拟

作者：董玉红合肥工业大学

学位级别：硕士

为探究不同类型源头溪流的暂态存储和营养盐滞留能力,以合肥地区城市、农田、林地、城郊等4种主要用地类型区的5条典型源头溪流为对象,用NaCl作保守型示踪剂,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐、开展野外现场示踪试验。运用OTIS模型和养分螺... 详细信息

为探究不同类型源头溪流的暂态存储和营养盐滞留能力,以合肥地区城市、农田、林地、城郊等4种主要用地类型区的5条典型源头溪流为对象,用NaCl作保守型示踪剂,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐、开展野外现场示踪试验。运用OTIS模型和养分螺旋原理,定量化估算源头溪流暂态存储和营养盐滞留能力,解析比较不同类型源头溪流暂态存储和营养盐滞留特征的差异性。现将主要结果概括如下：(1)源头溪流水文参数、暂态存储度量指标随水文条件变化呈现一定的差异性,水力扩散系数D数值处于0.010-0.223,交换系数a大小介于104-10-3数量级,Rh、AS/A、Fmed 200在城市渠道中大小分别是1.405 s·m-1、0.325、15.37%,在农田溪流中分别是4.124 s·m-1、0.433、20.21%,在林地溪流中分别是4.860 s·m-1、0.512、30.92%,在城郊排水沟渠中分别是1.124 S.m-1、0.304、20.46%,综合考虑暂态存储度量指标Rh、As/A、Fmed 200等,得到4种类型源头溪流的暂态存储能力大小顺序为：林地溪流>农田溪流>城市渠道>城郊排水沟渠。(2)养分螺旋指标Vf-NH4、Vf-SRP数值大小介于10-5～10-3数量级,U-NH4、 U-SRP处于10-3～10-3数量级;NH4+和SRP之间的吸收长度Sw相差较大,部分源头河段出现了营养盐吸收长度为负值的现象,意味着此时溪流段实际上已成为氮、磷的“源”,即营养盐处于释放状态;绝大多数情况下营养盐吸收长度远超过溪流本身的长度,意味着氮、磷等在溪流中发生滞留的可能性很小。(3)参数回归分析结果表明,林地溪流的OTIS模型水文参数D、A、AS、α与流量Q之间的相关性较弱,与养分螺旋指标之间无明显的相关性;暂态存储指标Ts、Ls、Rh、As/A与流量Q之间成对数函数关系;Tc、Fmed200与Q之间无明显的相关性;交换系数a与水流速度v成正相关关系。(4)针对OTIS模型中不同作用机制影响的模拟分析表明,若不计暂态存储模块的影响,C1-模拟浓度峰值大小及出现时间相对偏差RE1、RE1’分别是52.33%、-19.99%,若忽略侧向补给作用的影响,峰值大小及出现时间相对偏差RE2、RE2’分别是3.50%、3.45%,说明就本研究而言,暂态存储对C1-在水体中的迁移运输过程影响程度超过侧向补给;相关性分析表明,流量与C1-模拟浓度BTC峰值及峰值出现时间的相关性较弱,而暂态存储与峰值大小及峰值出现时间的相关性较强。

关键词：源头溪流 OTIS 暂态存储氮磷滞留养分螺旋

多级库坝型溪流水系统氮磷滞留机制及有机质降解特征

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多级库坝型溪流水系统氮磷滞留机制及有机质降解特征

作者：万灵芝合肥工业大学

学位级别：硕士

以合肥郊区某多级库坝型源头溪流为研究对象,选择NaCl为保守型示踪剂,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐开展现场示踪实验。在此基础上,运用OTIS模型和养分螺旋原理,解析暂态存储特征、定量评估溪流氮磷营养盐滞留能力;选择速生杨的树叶凋落... 详细信息

以合肥郊区某多级库坝型源头溪流为研究对象,选择NaCl为保守型示踪剂,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐开展现场示踪实验。在此基础上,运用OTIS模型和养分螺旋原理,解析暂态存储特征、定量评估溪流氮磷营养盐滞留能力;选择速生杨的树叶凋落物为分解对象,通过测定树叶有机质降解速率,评估溪流有机质的衰减能力;开展沉积物硝化速率估算,探讨溪流氮素滞留潜力,并分析溶解氧限制效应,以期为该源头溪流氮、磷、碳等生源要素的削减和调控提供依据。现将主要结果概括如下：(1)一级支流OTIS模型水文参数、暂态存储度量指标随水文条件变化呈现一定的差异性,水力扩散系数D数值处于0.001-0.260之间,交换系数α大小介于10-40-3数量级。水力停留因子Rh处于2.068～7.013 s·m范围内,平均值为4.268 s·m. Fmed200的数值介于5.53%～34.15%之间,平均值为16.40%。(2) NH4+ SRP在主流区的衰减系数λ均处于10-6～10-3数量级,在暂态存储区的衰减系数λs都处于10-50-2数量级,且大部分为负值。养分螺旋指标Vf-NH4+、Vf-SRP数值大小介于1-610。3数量级,U-NH+4、U-SRP处于10-3～10数量级;NH4+和SRP之间的吸收长度Sw相差较大,大部分溪流段出现了营养盐吸收长度为负值的现象,意味着溪流段实际上已成为氮、磷的“源”,即营养盐处于释放状态。(3)一级支流树叶凋落物分解速率平均值为0.00329d,二级支流为0.00741d,塘为0.01823 d。树叶分解速率的变化趋势与水体理化参数变化的趋势基本一致。根据Gessner模式,二十埠河一级支流各样点环境得分基本均为0,二级支流中仅3个样点环境得分为1,而作为对照的水塘中2个清洁样点环境得分均为2,表明二十埠河源头溪流的健康状态已受到严重破坏。(4)二十埠河水一、二级支流沉积物潜在硝化速率范围在0.022～0.268 μmol·h·g之间,中值0.124 μmol·h·g,潜在硝化水平较高,但表面硝化速率范围在37～276 μ mol·h·m2之间,中值为142 μmol·h·m-2,处于较低水平;水系低氧问题导致沉积物硝化潜力难以充分发挥,沉积物硝化过程受到溶解氧限制。提高水体复氧能力,增加河流溶解氧含量是二十埠河氨氮污染控制的基本对策。

关键词：源头溪流 OTIS 氮磷滞留有机质分解速率硝化速率

水库泄洪闸下溪流深潭氮磷营养盐滞留特征及动力学模拟

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环境科学学报 2021年第11期41卷 4606-4614页

作者：李如忠何瑞亮刘超林保国许大强合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009 安徽皖欣环境科技有限公司合肥230601

为解析水库泄洪闸下溪流深潭氮磷营养盐滞留特征,选择NaBr为保守示踪剂,分别以NH_(4)Cl和KH_(2)PO_(4)为添加营养盐,在合肥板桥河源头溪流开展野外示踪实验,据此估算氨氮(NH_(4)^(+))、磷酸盐(PO_(4)^(3-))营养螺旋指标,识别主流区和暂... 详细信息

为解析水库泄洪闸下溪流深潭氮磷营养盐滞留特征,选择NaBr为保守示踪剂,分别以NH_(4)Cl和KH_(2)PO_(4)为添加营养盐,在合肥板桥河源头溪流开展野外示踪实验,据此估算氨氮(NH_(4)^(+))、磷酸盐(PO_(4)^(3-))营养螺旋指标,识别主流区和暂态存储区NH_(4)^(+)、PO_(4)^(3-)滞留贡献水平,模拟深潭地貌的氮磷吸收动力学特征.结果表明,深潭具有较好的氮磷滞留潜力,且对PO_(4)^(3-)的滞留潜力超过NH_(4)^(+);暂态存储区对NH_(4)^(+)的滞留贡献率平均为91.49%,表明NH_(4)^(+)滞留主要发生在暂态存储区;主流区对PO_(4)^(3-)的滞留贡献率平均为96.09%,意味着主流区是PO_(4)^(3-)滞留的主要场所;Michaelis⁃Menten(M⁃M)方程可以较好的模拟深潭氮磷滞留动力学效应,模拟得到的最大吸收速率U_(max)⁃NH_(4)、U_(max)⁃PO_(4)均值分别为0.48、0.08 mg·m^(-2)·s^(-1),半饱和常数Km⁃NH_(4)、Km⁃PO_(4)均值分别为0.26、0.19mg·L-1.

关键词：深潭氮磷滞留营养螺旋暂态存储动力学模拟