生物滞留池的水文效应与水质变化研究

摘要

生物滞留池作为低影响开发理念的核心措施之一，在净化径流水质和雨水利用方面运用广泛。作为承接大气干湿沉降的主要载体的屋面，在城市不透水下垫面的占比日益增加，这使得屋面径流污染不容小觑，加之屋面材料的老化、腐蚀，这导致屋面径流污染日趋严重。 本文以天津市西青区天津理工大学的一处屋面作为研究区域，首先研究了屋面径流随降雨时间的水文和水质变化规律；其次研究了屋面径流水质随存储时间的变化规律；再次研究了不同植物和不同结构的生物滞留柱对蓄集的屋面径流的净化效应；最后研究了不同土壤深度和进水方式对生物滞留池的水文和水质的影响，以期为研究区域屋面径流控制提供科学依据，为生物滞留池的建设提供参考。主要结果如下： （1）研究区域地势平坦，无较大起伏，表层土壤为客土。研究区域内表层土壤容重在1.21~1.48g/cm3，入渗速率为0.61mm/min。天津市年平均降雨量为411~716mm，降雨日数为63天~70天，6、7、8三个月降雨量约占全年75%。 （2）2017~2018年共收集了9场降雨，包括了小雨、中雨、大雨和暴雨。屋面径流量随降雨强度的变化而变化，在开始降雨后10~30min左右达到洪峰。屋面径流污染物含量随降雨时间逐渐降低。2018年四场降雨的屋面径流污染相对较高，尤其是SS、COD、TN和NH3-N污染相对较为严重，为地表水劣V类，TP质量浓度比2017年五场降雨高，为地表水劣V类。当降雨结束后，屋面径流存在明显的退水过程。当屋面径流在稳定条件下存储时，随着蓄集时间的延长，SS、COD、Cr均大幅降低，而在存储条件改变后（温度＜0℃）TN和TP含量明显增加。 （3）蓄集的屋面径流经过生物滞留柱处理后发现，不同植物的生物滞留柱中以种植八宝景天（Hylotelephium erythrostictum(Miq.)H.Ohba，H.Ohba）的生物滞留柱处理效果最好，COD、TN、TP和Cr的去除率分别为41%、-23%、-64%和90%。不同结构的生物滞留柱中以无土工布的去除效果较好，COD、TN、TP的去除率分别为41%、-23%、-64%，而Cr去除率无显著差异，无土工布和有土工布Cr去除率分别为：90%和87%。从Cr在生物滞留柱土壤层的纵向分布来看，随着土壤深度的增加Cr质量浓度逐渐降低，并且种植H.Ohba的生物滞留柱不同深度土壤Cr质量浓度均比其他植物的低。而两种不同结构的生物滞留柱土壤中重金属纵向分布几乎一致。 （4）对于不同土壤高度的生物滞留池而言，装填20cm土壤的生物滞留池对水量的控制较好，出水时间平均滞后12min，洪峰平均减少45.5%，峰值滞后30~44min。装填20cm土壤的生物滞留池比15cm的出水污染物含量较低，四次实验的COD、TN，NH3-N，NO3--N，NO2--N和TP的的平均去除率分别为91.7%，93.8%，96.1%，95.7%，97.4%和70.1%。 （5）对于不同进水方式的生物滞留池而言，表层进水的生物滞留池对水量控制较好，洪峰平均减少23.9%，峰值滞后7~19min。表层进水的生物滞留池出水污染物含量比侧向进水的生物滞留池的低。总体上表层和侧向进水的生物滞留池污染物去除率差不多，COD、TN，NH3-N，NO3--N，NO2--N和TP的去除率分别为：91.7%和90.4%，93.8%和86.5%，96.1%和91.3%，95.7%和92.6%，97.4%和88.3%，70.1%和72.7%。生物滞留池对SS的去除率始终保持在90%以上，比其他各污染物去除率均稳定。

目录

生物滞留池的水文效应与水质变化研究（申请硕士学位）

Yuepeng MAO

Supervisor

第一章绪论

1.1引言

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1海绵城市与LID

1.3.2生物滞留池技术

1.3.3屋面径流污染

1.4 本文研究内容

1.4.1屋面径流特征

1.4.2生物滞留柱对蓄集的屋面径流净化效应

1.4.3生物滞留池对屋面径流水质和水量控制研究

1.5创新点

1.6技术路线

第二章研究区域概况

2.1研究区域基础资料

2.1.1研究区域下垫面概况

2.1.2土壤特征分析

2.1.3屋面基础资料

2.2天津市降雨特征

2.3研究区域LID措施现状

第三章生物滞留柱对蓄集的屋面径流的水质控制研究

3.1屋面径流的采集与检测

3.1.1采样与保存方法

3.1.2水样检测

3.2屋面径流特征分析

3.2.1降雨特征分析

3.2.2屋面径流量特征分析

3.2.2屋面径流水质特征分析

3.2.3蓄集的屋面径流水质变化特征

3.3生物滞留柱的设计与研究方法

3.3.1填料的选择

3.3.2植物的选择

3.3.3生物滞留柱的设计

3.3.4实验操作与分析方法

3.4生物滞留柱对蓄集的屋面径流的水质控制

3.4.1植物对生物滞留柱出水水质的影响

3.4.2结构对生物滞留柱出水水质的影响

3.4.3重金属在生物滞留柱土壤中的分布

3.5小结

第四章生物滞留池对屋面径流水量和水质的控制研究

4.1屋面径流特征分析

4.1.1 屋面径流的采集与检测

4.1.2 降雨特征分析

4.1.3 屋面径流量特征分析

4.1.4 屋面径流水质特征分析

4.2生物滞留池的设计与研究方法

4.2.1土壤层高度

4.2.2进水方式

4.2.3生物滞留池的设计

4.2.4实验操作与分析方法

4.3生物滞留池对屋面径流量的控制

4.3.1土壤层高度和进水方式对出水量的影响

4.3.2实验间隔对生物滞留池出流的影响

4.4生物滞留池对屋面径流水质的控制

4.4.1生物滞留池水质特征

4.4.2生物滞留池净化效率

4.5小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢