绿地系统处理城市雨水径流的实验研究

摘要

近年来，随着我国经济水平的发展和人们生活的提高，我国的需水量日益增多，水资源短缺成为一个限制我国经济发展和人民生活水平提高的亟待解决的难题。而城市降雨后的径流污染使得这种情况变得更为严峻。城市绿地是城市生态系统的重要组成部分。作为一种特殊的土地处理系统，由于其对雨水径流产生的污染的去除效果较好，且具有改善环境、处理和维护费用相对低廉的优点，被各大城市广泛的用于雨水径流污染物的去除中。本论文针对西北地区的实际情况，通过实验研究，确定绿地系统处理雨水径流的技术。
　　本实验中，通过查阅西北地区雨水径流水质资料，并对降雨期间西北地区实际雨水径流污染特征进行研究分析，确定了西北地区雨水径流的特点，为配置实验用水提供理论依据;在实验用水配置好后，对西北地区绿地渗滤层的土壤进行改良，通过不同渗滤介质对雨水径流污染物去除效果的研究分析，确定实验用的最佳渗滤介质;在此基础上，构建了种植不同草种的模拟绿地实验装置，研究了模拟绿地装置对于城市雨水径流中污染物的去除效果。通过实验结果的分析，确定了西北地区绿地系统的最佳草种及装置运行的最佳参数，并对绿地系统处理雨水径流污染物的机理进行了研究。实验结果表明:
　　(1)在不同渗滤介质对于雨水径流去除效果的对比实验中，通过各渗滤介质对浊度、总磷、氨氮、CODcr去除效果及各自渗透速度进行研究后发现，经石英砂改良后的土壤渗透效果最好，可以使原土的渗透速度由3.5×10-6m/s增大到4.2×10-5m/s;三种渗滤介质对于浊度和总磷的去除效果均较好;对于CODcr的去除效果原土强于石英砂，而煤灰渣的去除效果最差;对于氨氮的去除，煤灰渣的去除效果大于石英砂，原状土的去除效果最差。综合考虑渗透速度和改良后土壤对雨水径流中污染物的去除效果，本研究中选取石英砂作为城市绿地系统的渗滤层的填充介质。
　　(2)在进行模拟绿地实验装置草种培育过程中发现，黑麦草相对于早熟禾来说出草较快，且长势和景观效应要强于早熟禾，并在后续的装置实验中，种植黑麦草的实验组对于浊度、TP、氨氮、CODcr的综合去除效果强于空白和种植早熟禾的实验组。
　　(3)模拟城市绿地系统在径流强度为291.7L/h·m2，进水浓度为浊度=160NTU;CODcr=140mg/L;氨氮=5mg/L;TP=1.8mg/L时整个系统的去除效果较好。此时经黑麦草实验组处理后，雨水径流中各污染物指标的去除率为:浊度为86.3％、TP为96.4％、氨氮为63.5％、CODcr为71.8％。
　　(4)两种植被在模拟绿地去除雨水径流污染物中均发挥着一定的作用，其中，黑麦草对于雨水径流中污染物的去除效果更好。其相比于空白组来说，在浊度方面去除率平均增加8.25％左右;在氨氮方面去除率平均增加18.5％左右;在TP方面去除率平均增加39.3％左右;在CODcr方面去除率平均增加18.7％左右。
　　(5)模拟绿地系统处理雨水径流污染物机理的研究结果表明:土壤中的有机质在降雨后随着降雨时间的增加，出现先快速增加，然后逐步下降的趋势，并在降雨9天后基本恢复到降雨前土壤有机质的水平。土壤的呼吸作用在降雨刚结束时，由于土壤的含水率较大，出现了下降的趋势。但是随着降雨后时间的延长，土壤的含水率逐步减少，土壤的呼吸作用逐渐的增强，当达到5.4mg/g时又逐渐的降低，并在降雨9天后逐步恢复到降雨前的水平。土壤中的微生物随着降雨时间的增加出现先增加后降低的趋势。在降雨后5天，微生物的量达到最大，为4.2×108个/ml。在降雨后11天，基本恢复到降雨前土壤微生物的数量。
　　(6)土壤对于雨水径流污染物的降解主要发生在雨后的7天内，在雨后9天时基本恢复到降雨前的水平。因此实验中，将土壤的再生周期选择为10天是合理可行的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 城市雨水径流存在的问题

1．1．1 城市的雨水径流的成因

1．1．2 雨水径流造成的洪涝危害

1．1．3 雨水径流造成的面源污染

1．2 国内外城市雨水径流污染物控制技术研究的现状

1．2．1 生物滞留设施

1．2．2 植草缓冲带

1．2．3 滞留塘

1．2．4 人工湿地

1．2．5 城市绿地

1．3 城市绿地系统的概念及其功能

1．3．1 城市绿地系统的概念及组成

1．3．2 城市绿地系统的生态环境功能

1．3．3 城市绿地系统的社会功能

1．3．4 城市绿地系统的经济功能

1．4 本课题研究目的和意义

1．5 课题研究的内容

2、实际雨水径流水质的分析及人工配水方案的确定

2．1 实际雨水径流的水质的分析

2．1．1 实验方法

2．1．2 实际雨水径流的水质

2．1．3 实际雨水径流各指标的相关性分析

2．2 人工配水方案的确定

2．3 小结

3、不同绿地系统渗滤介质对雨水径流处理效果的实验研究

3．1 实验材料与实验装置

3．1．1 人工渗滤介质的选择

3．1．2 实验装置

3．2 实验方法

3．3 实验结果分析

3．3．1 对浊度去除效果

3．3．2 对TP的去除效果

3．3．3 对氨氮的去除效果

3．3．4 对CODcr的去除效果

3．3．5 不同渗滤介质对渗滤是速度的影响

3．4 本章小结

4、绿地系统处理雨水径流的实验研究

4．1 实验装置

4．2 实验材料与方法

4．2．1 绿地系统革种的选择

4．2．2 实验过程及方法

4．3 人工模拟城市绿地系统的实验研究

4．3．1 植物生长情况

4．3．2 城市绿地系统对不同径流强度下雨水径流处理的实验研究

4．3．3 城市绿地系统对不同污染物浓度下雨水径流处理的实验研究

4．3．4 植物在绿地系统处理雨水径流污染物的作用研究

4．4 小结

5、绿地系统对雨水径流污染物去除机理的分析

5．1 土壤有机质的分析

5．2 土壤呼吸作用的分析

5．3 土壤微生物变化的分析

5．4 本章小结

6、结论及展望

6．1 主要研究成果

6．2 本研究不足和建议

致谢

参考文献

学位期间的研究成果