基于穩(wěn)定性同位素技術(shù)的人工濕地水力學(xué)特性研究.pdf

1、人工濕地是近年迅速發(fā)展的污水處理技術(shù)，具有成本低、易管理、效果好等優(yōu)點(diǎn)，人工濕地去除污染物的機(jī)理復(fù)雜，涉及物理、化學(xué)、微生物以及水生植物等作用，濕地內(nèi)水流的流動(dòng)狀態(tài)和水力學(xué)特性具有多樣性，存在一定的滯流和短流現(xiàn)象，降低了人工濕地的利用效率，影響水質(zhì)處理效果。因此，探查濕地中各區(qū)域水流流動(dòng)的趨勢(shì)，最大化的減小濕地內(nèi)部滯流區(qū)、短流區(qū)，有利于提升人工濕地利用效率，可為其合理運(yùn)行提供理論依據(jù)，對(duì)于保證其發(fā)揮去污凈化功能、延長(zhǎng)運(yùn)行壽命有重要意義。

2、
　　現(xiàn)有水流流態(tài)探測(cè)技術(shù)主要集中于示蹤劑的表征技術(shù)、模型模擬技術(shù)以及基于ADV流速儀的實(shí)地探測(cè)技術(shù)。示蹤劑的應(yīng)用容易造成二次污染且在規(guī)?；瘽竦刂羞\(yùn)用成本較高，模型模擬技術(shù)多采用經(jīng)驗(yàn)性參數(shù)，時(shí)效性較差，以上兩種技術(shù)多集中于過(guò)程量參數(shù)的模擬，濕地內(nèi)部流態(tài)的實(shí)時(shí)變化難以得出;基于ADV流速儀的實(shí)地探測(cè)技術(shù)需用到昂貴的流速儀，且測(cè)量過(guò)程十分耗費(fèi)精力與體力。氫氧同位素示蹤技術(shù)以濕地內(nèi)部污水為分析對(duì)象，基于水體的蒸發(fā)過(guò)程中飽和蒸汽壓與分子量

3、成反比這一規(guī)律，重同位素D和18O在液相中不同程度的富集，區(qū)域停留時(shí)間越長(zhǎng)，重同位素豐度越高，因此可通過(guò)同位素豐度分布確定內(nèi)部流態(tài)。該技術(shù)具有無(wú)二次污染、實(shí)時(shí)反映濕地內(nèi)部水流流態(tài)以及成本低的優(yōu)勢(shì)。本研究以小湄河人工濕地為研究對(duì)象，對(duì)其展開(kāi)年度同位素調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果確定小湄河人工濕地滯流區(qū)、短流區(qū)的分布位置，確定濕地內(nèi)部水流流態(tài)，同時(shí)布點(diǎn)監(jiān)測(cè)濕地內(nèi)部水流流速，確定流速分布狀態(tài)，對(duì)水同位素示蹤技術(shù)確定流態(tài)的適用性進(jìn)行討論;基于氫氧同位素示

4、蹤技術(shù)，對(duì)趙牛河人工濕地、徒駭河人工濕地進(jìn)行流態(tài)表征，對(duì)流態(tài)影響因素進(jìn)行分析。同時(shí)，對(duì)濕地內(nèi)部水質(zhì)分布特性展開(kāi)研究，確定流態(tài)對(duì)水質(zhì)分布的影響，主要得出以下結(jié)論:
　　研究結(jié)果表明，三處研究對(duì)象δD和δ18O組成均低于中國(guó)東部大氣降水線，小湄河人工濕地δD和δ18O的線性關(guān)系為:δD=6.67δ18O-5.87(R2=0.86)，水同位素在小區(qū)域人工濕地中仍有區(qū)域性差異，這種差異主要由區(qū)域累積蒸發(fā)量的不同導(dǎo)致，其根本原因?yàn)閰^(qū)域停留時(shí)

5、間存在差異;小湄河四季同位素δ18O分布圖能明顯表征出內(nèi)部滯流區(qū)的位置以及大小，冬季短流區(qū)的表征由于蒸發(fā)量較小而誤差相對(duì)較大，其余三個(gè)季節(jié)均能表征區(qū)域內(nèi)部短流區(qū)位置，且滯流區(qū)與短流區(qū)位置與流速表征結(jié)果一致，穩(wěn)定性同位素技術(shù)對(duì)于人工濕地流態(tài)的表征具有可行性。
　　趙牛河人工濕地δD和δ18O的線性關(guān)系為:δD=6.45δ18O-9.3(R2=0.89)，徒駭河人工濕地δD和δ18O的線性關(guān)系為:δD=4.38δ18O-26.63(R

6、2=0.81)，蒸發(fā)均對(duì)兩處濕地水同位素組成產(chǎn)生了明顯影響。水力流態(tài)分析結(jié)果表明，側(cè)向式以及“T”型進(jìn)水形式容易導(dǎo)致進(jìn)水區(qū)域短流以及滯流現(xiàn)象發(fā)生，彎角處凹側(cè)區(qū)域、人工島后方容易形成滯流區(qū)，在河道橫斷面若植物密度、植物種類(lèi)不同，容易造成區(qū)域水流阻力異化，阻力高的一側(cè)易形成滯流區(qū)，阻力小的一側(cè)易出現(xiàn)短流現(xiàn)象。
　　氨氮在濕地中的分布呈現(xiàn)明顯的滯流區(qū)濃度低、水流流暢區(qū)沿著進(jìn)水口至出水口由高至低分布的現(xiàn)象，滯流區(qū)內(nèi)由于水力交換作用較弱，高