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再生水回灌补给地下水,可以有效保障社会、资源、经济的可持续发展,为水质性和水源性缺水城市提供可靠给水水源,对于合理利用城市污水、缓解水资源短缺、控制环境污染具有重要现实意义。利用经处理后的再生水回灌,是再生水资源化的重要方式,具有增加供水量和减少再生水排放量的双重效能,且可降低再生水处理成本,解决水资源短缺和水环境污染问题。
再生水地表回灌导致土壤渗透性逐渐下降,出现堵塞现象。实践证明,干湿交替的回灌方式可以有效防治回灌过程中土壤含水层处理系统中浅部土层堵塞,虽然干湿交替的回灌方式可以造成土壤含水层的复氧/厌氧交替环境加强包气带脱氮效果,但是干湿交替回灌条件下,氮素在包气带的迁移转化过程及其对地下水的影响并不清楚。
本文在室内土柱再生水入渗试验、野外场地再生水地表回灌实验基础上,利用HYDRUS-1D软件,建立数值模型模拟室内干湿交替回灌模式下以及郑州野外回灌条件下包气带氮素的运移转化规律。
根据氮素转化机理,建立室内干湿交替回灌条件下的包气带氮素运移模型,模拟氨氮、硝态氮浓度随时间变化,并模拟包气带土柱在干湿交替回灌模式下在深度10cm、30cm、50cm和75cm处体积含水量变化,预测干期含水量值,并与实测值拟合。
利用HYDRUS-1D模拟软件,建立郑州野外场地再生水地表回灌条件下,变饱和带土壤特征深度含水量变化以及氮素运移数值。模拟可以预测出不同淋滤时刻的土壤剖面含水率变化。可以发现,土壤表层0-80cm处受再生水回灌量的影响较大,200cm处的粘壤土层,含水量受影响不大,尤其是在干期时,200cm处的体积含水量依然不受影响。
通过确定的模拟计算参数,对不同灌溉条件下氮素在土壤中的运移进行模拟计算,得出无论改变再生水氮素浓度、灌水量和灌溉频率,氮素在土壤中的浓度分布趋势相同,各观测点的浓度值随再生水氮素浓度的变化呈比例变化;对于灌水量的改变,在灌溉允许范围内,通过模拟计算认为对氮素在土壤中分布影响不大;对于灌溉频率的调整,认为在其他条件不变的情况下,通过干湿交替回灌模式,前一次再生水灌溉中的氮素会对下一次灌溉造成浓度积累。
通过分析发现,模型对于吸附常数、弥散系数、液相降解系数相当敏感。对于其它参数不敏感。