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石津灌区生活污水的陆域外源拦截技术研究

石津灌区生活污水的陆域外源拦截技术研究

作者：张永婷华北水利水电大学

学位级别：硕士

灌区是国家粮食安全的基础保障,是现代农业发展的主要基地。相比南方地区,水资源短缺已成为制约北方灌区发展的重要因素之一。石津灌区作为我国北方大型灌区,水资源短缺成为其高质量发展瓶颈之一,灌溉水资源不足和未达标处理污水灌溉导... 详细信息

灌区是国家粮食安全的基础保障,是现代农业发展的主要基地。相比南方地区,水资源短缺已成为制约北方灌区发展的重要因素之一。石津灌区作为我国北方大型灌区,水资源短缺成为其高质量发展瓶颈之一,灌溉水资源不足和未达标处理污水灌溉导致粮食减产低质,不利于国家粮食安全。因此,寻找可替代的合格灌溉水对灌区来说具有重要意义。中水作为一种可利用水源,用于灌区农田灌溉不但可以减少污水排放量,破解水资源刚性约束,而且还能降低灌区农田土壤污染风险。然而,灌区周边农村的污水处理设备较少,污水处理率较低,所产生的生活污水会因不达标排放影响灌区及周边的水环境。针对以上问题,本论文利用常见易得的吸附基质与北方湿地植物以及微生物的共同作用设计了一套陆域外源拦截污水处理小试系统来处理灌区农村生活污水,为灌区灌溉提供合格水源。分别研究了吸附基质与湿地植物对污水的净化效果,开展了小试系统在不同水力停留时间(HRT)下,氮、磷及化学需氧量(COD)的去除效果。得出的主要结论如下:(1)以生物质为原材料制备的生物炭吸附磷酸盐时会发生解吸现象,使出水磷酸盐浓度升高,而铁基材料和碳基材料共同烧制而成的铁碳填料对磷酸盐具有很好的去除效果,其去除率能达到84%以上。当初始磷酸盐浓度为5 mg/L时,具有75%铁含量和18%碳含量的铁碳填料对磷酸盐的去除率最高,达97.26%。(2)铁碳填料适合用于实际生活污水的吸附除磷,当溶液的初始p H为6～9时,铁碳填料对磷酸盐的去除率最高。共存单价离子相比二价离子,更能影响铁碳填料对磷酸盐的去除效果,对磷酸盐去除效果影响大小为:Cl>Na>Mg>SO。吸附等温实验结果表明:铁碳填料对磷酸盐的吸附过程更符合Freundlich模型,吸附过程为多分子层吸附。动力学实验结果表明:铁碳填料除磷符合准一级动力学模型,对磷酸盐的吸附过程主要为物理吸附;吸附过程有内颗粒扩散的参与,且内颗粒扩散限制了铁碳填料对磷酸盐的吸附速率,吸附过程受到流体边界的限制。(3)通过研究北方湿地植物对水中氮、磷营养盐及COD的动态去除过程及相应湿地植物叶片生理指标的动态变化,利用隶属函数法对湿地植物的净化效果及其抗逆性进行综合评价。结果表明:湿地植物对氮、磷营养盐及COD的净化效果大小为:狐尾藻>芦竹>菖蒲>鸢尾>香蒲>水葱>睡莲;湿地植物受氮、磷营养盐及COD胁迫的抗逆性能力大小为:鸢尾>芦竹>香蒲>菖蒲>睡莲>狐尾藻>水葱。湿地植物对水质指标的净化效果与植物叶片生理指标均有一定相关关系,而丙二醛(MDA)是决定湿地植物净化能力的主要影响因子,且湿地植物对水质指标的净化效果与植物自身的生长机制有关。(4)水力停留时间(HRT)对陆域外源拦截污水处理试验系统去除氨氮有较大的影响,对总氮、磷酸盐和COD的去除影响较小。当HRT为24 h时,试验系统运行较为稳定,后期对各指标的去除效果较好,对氨氮、总氮、磷酸盐、COD的平均去除率分别为44.17%、54.74%、61.40%、77.20%。因此,选取24 h作为本试验系统的最佳水力停留时间,以达到最优的污染物处理效果。

关键词：水环境污水处理铁碳填料脱氮除磷石津灌区

石津灌区地下水潜在补给量时空分布及影响因素分析

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水利学报 2012年第2期43卷 143-152页

作者：谭秀翠杨金忠武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

采用区域水量平衡模型INFIL3.0,结合GIS和RS技术,研究了石津灌区净入渗水量和潜在补给系数的时空分布,并对主要影响因素进行了分析。对原模型进行了改进,考虑了植被覆盖度逐月变化与灌溉量时空间分布的影响,提高了其在灌区的适用性。结... 详细信息

采用区域水量平衡模型INFIL3.0,结合GIS和RS技术,研究了石津灌区净入渗水量和潜在补给系数的时空分布,并对主要影响因素进行了分析。对原模型进行了改进,考虑了植被覆盖度逐月变化与灌溉量时空间分布的影响,提高了其在灌区的适用性。结果显示,石津灌区净入渗水量及潜在补给系数具有明显的时空变异性,主要取决于根区层土壤的水量均衡过程。空间上,补给主要发生在灌溉区域,渠灌区、井渠灌区和井灌区的潜在入渗补给系数分别为0.21、0.16和0.09;时间上,净入渗水量峰值出现在5月份,灌溉水是灌区地下水主要的补给源。由灌区各栅格的空间分析和剖面分析表明,灌区存在较大的节水潜力。

关键词：净入渗潜在补给 INFIL3.0模型石津灌区

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石津灌区冬小麦水分生产率的尺度效应

水科学进展 2013年第1期24卷 49-55页

作者：陈皓锐伍靖伟黄介生杨金忠王少丽武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 中国水利水电科学研究院国家节水灌溉工程技术研究中心北京100048

以河北省石津灌区为研究对象,以2007—2009年两季冬小麦生育期为研究时段,基于Hydrus-1D和Modflow模型模拟分析了井渠结合灌溉模式下冬小麦的净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率的尺度效应(作物、田间、分干、干渠和灌区尺度)。结果... 详细信息

以河北省石津灌区为研究对象,以2007—2009年两季冬小麦生育期为研究时段,基于Hydrus-1D和Modflow模型模拟分析了井渠结合灌溉模式下冬小麦的净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率的尺度效应(作物、田间、分干、干渠和灌区尺度)。结果表明:①从作物尺度到灌区尺度,损失水量越来越多,使得净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率分别减少了9.49%和16.59%;②由于研究区地下水埋深较大,冬小麦生育期内渗漏补给地下水库的重复利用水量很小,而净灌溉水分生产率因为考虑了这一小部分重复利用水量,比传统的灌溉水分生产率有了小幅提升;③在多年时间尺度上,由于渗漏水量能够全部进入地下水库被重复利用,净入流量水分生产率随尺度增大而增大,而不同空间尺度的净灌溉水分生产率也比冬小麦生育期时间尺度上提高37%～65%。

关键词：水分生产率尺度效应井渠结合冬小麦石津灌区

石津灌区冬小麦关键生育期逐时降水的变化特征

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2016年第9期44卷 92-104页

作者：任庆福翁白莎裴宏伟袁喆北京林业大学水土保持学院北京100083 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心河北石家庄050022

【目的】研究气候变化背景下石津灌区冬小麦关键生育期(拔节期、抽穗期、乳熟期)内有效降水过程的变化,为灌区雨水的高效利用、制定科学合理的灌溉制度提供科学依据。【方法】采用灌区内部及周边15个气象站1983-2012年4-6月的逐时降水资... 详细信息

【目的】研究气候变化背景下石津灌区冬小麦关键生育期(拔节期、抽穗期、乳熟期)内有效降水过程的变化,为灌区雨水的高效利用、制定科学合理的灌溉制度提供科学依据。【方法】采用灌区内部及周边15个气象站1983-2012年4-6月的逐时降水资料,基于降水历时与降水强度的分类标准,运用Mann-Kendall趋势检验,借助ArcGIS平台的反距离插值(IDW)工具,分析了4类有效降水(短历时小雨、长历时小雨、短历时中雨、长历时中雨)在冬小麦3个生育期内发生时刻的变化规律、逐站逐年的累计降水次数以及总降雨量的时空变化规律。【结果】(1)午后至夜间(14:00-06:00)为4类有效降水的高发时段,其中长历时中雨在拔节期的发生时刻集中在10:00-15:00时段。(2)4类有效降水的累计降水次数以及总降雨量30年的变化趋势一致:1短历时小雨在冬小麦拔节期、抽穗期呈增加趋势,在乳熟期表现出减少趋势;2长历时小雨在拔节期呈增加趋势,抽穗期、乳熟期为减少趋势;3短历时中雨、长历时中雨在1998年以前呈减少趋势,1998年以后短历时中雨在拔节期为减少趋势,其他时期表现为增加趋势,长历时中雨在抽穗期为减少趋势,其他时期则为增加趋势。(3)4类有效降水的累计降水次数以及总降雨量的空间分布一致:拔节期4种类型降水均表现为北多南少;抽穗期不同历时小雨表现为中间少四围多,不同历时中雨则表现为西南多东北少;乳熟期不同历时小雨的空间分布与抽穗期一致,短历时中雨呈北多南少的分布,长历时中雨则呈东多西少的分布格局。【结论】气候变化背景下冬小麦拔节期有效降水的发生次数和降雨量逐渐增加;乳熟期的有效降水次数和降雨量呈减少趋势。

关键词：石津灌区冬小麦生育期逐时降水有效降水降水历时

加强标准化规范化管理推动石津灌区高质量发展

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河北水利 2023年第1期 18-19页

作者：薛雨河北省水务中心石津灌区事务中心河北省水务中心综合处

2019年以来,石津灌区事务中心在河北省水利厅党组的坚强领导下,在河北省水务中心党委的有力指导下,坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,遵循习近平总书记“十六字”治水思路,按照水利部、省水利厅决策部署,中心党委积极谋划... 详细信息

2019年以来,石津灌区事务中心在河北省水利厅党组的坚强领导下,在河北省水务中心党委的有力指导下,坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,遵循习近平总书记“十六字”治水思路,按照水利部、省水利厅决策部署,中心党委积极谋划,聚焦重点领域,开展了为期3年的标准化规范化管理提升改造,2021年经省水利厅验收,获得较好评价。目前,石津灌区事务中心规章制度健全,工作运行规范,设备运行良好,职工幸福感提升。

关键词：习近平新时代中国特色社会主义思想石津灌区河北省水利厅标准化规范化幸福感提升运行规范高质量发展治水思路

石津灌区实施末级渠系改造及农业水价综合改革的认识与思考

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中国水利 2009年第16期 54-56页

作者：张会文李素敏刘印良河北省石津灌区管理局石家庄050051

石津灌区末级渠系改造和农业水价综合改革试点工作已取得一定成效,通过对改革的经济效益、社会效益和生态效益进行分析,提出了对加快工程改造和农业水价综合改革的思考。

关键词：石津灌区末级渠系改造农业水价改革

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石津灌区开发小水电探讨

中国农村水利水电 2004年第5期 91-92页

作者：史存生杨子魁魏亮河北省石津灌区管理区河北石家庄050051

充分利用渠道落差开发小水电是谋求灌区新的经济增长点的发展思路 ,石津灌区通过发展小水电事业产生了经济效益、社会效益和环境生态效益 ,同时也表明灌区的小水电开发是灌区工作不可或缺的一部分 ,“以水发电 ,以电养水” ,使灌区步入... 详细信息

充分利用渠道落差开发小水电是谋求灌区新的经济增长点的发展思路 ,石津灌区通过发展小水电事业产生了经济效益、社会效益和环境生态效益 ,同时也表明灌区的小水电开发是灌区工作不可或缺的一部分 ,“以水发电 ,以电养水” ,使灌区步入可持续发展轨道。

关键词：石津灌区小水电水能资源水源灌区管理

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石津灌区农业用水现状及保障对策研究

中国农村水利水电 2015年第12期 35-39,42页

作者：邵薇薇徐丹周祖昊刘家宏刘海振罗占兴刘光弟中国水利水电科学研究院水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 辽宁师范大学辽宁大连116029 黄壁庄水库管理局河北石家庄050200 河北省石津灌区管理局河北石家庄050051

河北省是农业大省,是华北地区的重要粮食生产基地。石津灌区是河北省重要的大型灌区,岗南水库、黄壁庄水库通过联合调度为石津灌区供水。分析了灌区1960-2011年期间农业用水的变化,可知地表水源供水呈逐渐减少的趋势,在地下水水源供水方... 详细信息

河北省是农业大省,是华北地区的重要粮食生产基地。石津灌区是河北省重要的大型灌区,岗南水库、黄壁庄水库通过联合调度为石津灌区供水。分析了灌区1960-2011年期间农业用水的变化,可知地表水源供水呈逐渐减少的趋势,在地下水水源供水方面,近年来有缓慢增加的趋势。这体现了河北省的城镇化和工业化进程对农业用水的影响,既包括水库方面的因素,也有灌区自身的因素。介绍了石津灌区在农业用水保障方面的现状及经验,并提出了未来保障农业用水的相关措施建议。

关键词：石津灌区农业用水变化保障对策粮食安全

石津灌区储水灌溉条件下土壤水分动态及灌水适宜阈值研究

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灌溉排水学报 2010年第4期29卷 59-62页

作者：李平樊向阳齐学斌孙雪峰中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡453003 中国农业科学院河南新乡农业水土环境野外科学观测试验站河南新乡453003 中国农业科学院农业水资源高效安全利用重点开放实验室河南新乡453003

从土壤水分能态角度,研究储水灌溉条件下土壤水分的动态变化及空间分布,探求适宜储水灌溉定额阈值范围。研究结果表明,灌水定额大于200 mm时,2 m以下土层出现水分深层渗漏,灌水定额300、2502、00 mm时,深层渗漏量分别达到587.63、236.32... 详细信息

从土壤水分能态角度,研究储水灌溉条件下土壤水分的动态变化及空间分布,探求适宜储水灌溉定额阈值范围。研究结果表明,灌水定额大于200 mm时,2 m以下土层出现水分深层渗漏,灌水定额300、2502、00 mm时,深层渗漏量分别达到587.63、236.32、152.05 m3/hm2;灌水定额75～150 mm,2 m以下土层无水分渗漏。因此,储水灌溉灌水定额阈值范围控制在750～1 500 m3/hm2,可以把灌溉水储存于深层土体内,以供作物生长期使用;储水灌溉模式在石津灌区可有效解决灌区来水与灌溉用水的错位矛盾,满足作物正常生长对水分的需求。

关键词：石津灌区储水灌溉土壤水分能态阈值范围