本文關(guān)鍵詞：基于三維流場數(shù)值模擬的生態(tài)浮床系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：改革開放以來,隨著城市化和經(jīng)濟的快速發(fā)展,工業(yè)廢水和生活污水產(chǎn)量不斷增加,水處理設(shè)施建設(shè)卻嚴(yán)重滯后,大量的工業(yè)廢水、生活污水未經(jīng)處理直接排入河湖水體,遠遠超出了部分水域的自凈能力,氮、磷營養(yǎng)元素富集,導(dǎo)致營養(yǎng)鹽濃度過高,使水質(zhì)惡化,造成水體富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化會破壞水體生態(tài)平衡,降低生物多樣性；危害人體健康；加劇水資源危機,引發(fā)水質(zhì)型缺水并影響社會經(jīng)濟與發(fā)展。生態(tài)浮床技術(shù)基于無土栽培,以浮力材料或輕質(zhì)材料為載體,在富營養(yǎng)化水體水面上種植高等水生植物或改良的陸生植物；通過基質(zhì)的吸附作用、植物根系生長吸收以及根系生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑,消減污染水域中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì),實現(xiàn)水質(zhì)凈化。本論文通過浮體材料的選擇與試驗、結(jié)構(gòu)框架的測試,設(shè)計出一款立體三層結(jié)構(gòu)的生態(tài)浮床結(jié)構(gòu)；根據(jù)浮床栽種植物的有利因素,著重對三種水生植物黃菖蒲、千屈菜和美人蕉進行特性分析,對這三種植物在不同水力停留時間內(nèi)對TN、TP的去除效率進行靜態(tài)小試試驗。利用Visual MODFLOW對水體在生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)部的水流狀態(tài)進行模擬,模擬不同水動力條件下,水質(zhì)點在生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)的流速和停留時間。再根據(jù)靜態(tài)小試試驗結(jié)果比選出不同水動力條件下最優(yōu)浮床設(shè)計規(guī)模,并進行結(jié)果測試驗證,為野外生態(tài)浮床工程方案設(shè)計提供科學(xué)的技術(shù)依據(jù)。浮體材料選用直徑10cm,孔徑1.5cm的硬質(zhì)泡沫浮球。經(jīng)試驗浮球在水中反復(fù)周期的冰凍和融化能承受破壞,結(jié)構(gòu)基本無影響,作為生態(tài)浮床的浮體材料能長期穩(wěn)定的漂浮于水面中,能耐受住低溫,具有一定的抗凍性。采用雙向拉伸塑料土工格柵作為支撐框架。經(jīng)初步結(jié)構(gòu)試驗分析采用土工格柵作為框架的雙層浮床要比單層浮床的浮力大,且浮球個數(shù)越多,所能承受的重量就越大。綜合考慮剛性浮床浮體結(jié)構(gòu)單一、消能性能差、以及經(jīng)濟成本,提出了一種復(fù)合功能三層空間柔性生態(tài)浮床結(jié)構(gòu)。浮床整體主要由土工格柵、浮球、土工布等構(gòu)成。通過植物的特性分析,千屈菜、黃菖蒲和美人蕉三種水生植物生長期較長則水質(zhì)凈化期長,耐污性能強,植株成熟期具有獨特優(yōu)美的景觀效果,故選定這三種作為浮床種植植物。對選用黃菖蒲、千屈菜和美人蕉進行靜態(tài)小試試驗,結(jié)果表明美人蕉、千屈菜和黃菖蒲這三種植物在試驗期間內(nèi)(5-6天內(nèi))對TN、TP有良好的去除效果。利用Visual MODFLOW模擬生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)流場平均運行速度,結(jié)果表明當(dāng)水質(zhì)點的平均速度為0.21m/d時,最佳布置1個浮床單元,浮床上共栽種250株植物；當(dāng)平均速度為0.43m/d時,最佳布置1個浮床單元,浮床上共栽種250株植物；當(dāng)平均速度為4.35m/d時,最佳布置4個浮床單元,浮床上共栽種1000株植物；當(dāng)平均速度為20.80m/d時,最佳布置21個浮床單元,浮床上共栽種5250株植物。對預(yù)測方案進行驗證,在流速最大接近1m/s的的河道內(nèi)布置了4個生態(tài)浮床單元,結(jié)果表明隨著時間的推移,TN的去除率逐漸升高,在5天后達到最大去除率7.42%,這與小試試驗中TN的去除趨勢一致,證明設(shè)計方案的合理性以及模型模擬水流在浮床系統(tǒng)內(nèi)部流動的可行性。
【關(guān)鍵詞】：生態(tài)浮床 Visual MODFLOW 水力停留時間
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X52
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 研究背景與意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究進展13-17
• 1.2.1 國外研究進展13
• 1.2.2 國內(nèi)研究進展13-17
• 1.3 Visual MODFLOW簡介及應(yīng)用情況17-19
• 1.4 研究內(nèi)容及技術(shù)路線19-20
• 2 立體式生態(tài)浮床結(jié)構(gòu)設(shè)計20-34
• 2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計原則20
• 2.2 浮體的選擇及浮體材料凍融試驗20-28
• 2.3 結(jié)構(gòu)框架的測試28-32
• 2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計成果32-34
• 3 生態(tài)浮床植物的選擇與試驗分析34-49
• 3.1 植物的選擇34-35
• 3.2 植物的特性分析35-40
• 3.3 植物的生長試驗40-43
• 3.4 不同停留時間條件下植物去除TN、TP的效果43-49
• 3.4.1 供試植物43
• 3.4.2 試驗設(shè)計43
• 3.4.3 試驗水樣采集和分析43-48
• 3.4.4 結(jié)論48-49
• 4 生態(tài)浮床流場數(shù)值模擬49-56
• 4.1 生態(tài)浮床系統(tǒng)模型概化49-50
• 4.2 邊界條件確定50
• 4.3 含水層參數(shù)的確定50
• 4.4 水流模型計算50-56
• 5 方案設(shè)計及結(jié)果驗證56-60
• 5.1 方案設(shè)計56-57
• 5.1.1 設(shè)計依據(jù)56-57
• 5.1.2 設(shè)計結(jié)果57
• 5.2 方案結(jié)果驗證與分析57-59
• 5.3 結(jié)論59-60
• 6 結(jié)論與展望60-62
• 6.1 主要結(jié)論60-61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻62-66
• 致謝66-67
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表67

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本文編號：450915