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随着经济的发展、人口的增长,水体污染的问题越来越突出,要从根本上解决水污染问题,必须高度重视对非点源污染的控制和治理。国内外的研究表明:植被过滤带技术是目前应用较多的控制和治理非点源污染的主要生态工程措旌之一。本文结合国家自然科学基金项目“植被过滤带对径流中非点源污染物净化效果的试验研究与数学模拟”,在陕西省华县小华山水库旁的试验基地开展了相关试验。在大量的野外试验资料的基础上通过对试验数据的整理分析,运用统计学的方法对植被过滤带净化非点源污染物的效果进行了建模分析,并从植被过滤带的净化机理入手对植被过滤带的净化效果做了模拟分析。本文取得研究成果如下: (1)统计学的分析表明:水样中的COD、氮磷等污染物与SS有着很高的相关度,说明这些污染物多是附着在泥沙颗粒上随水流迁移的。在治理非点源污染中,减少水土流失,降低泥沙颗粒向水体转移是重点。目标污染物的削减率与单个影响因素之间的曲线估计表明:植被过滤带对SS的浓度削减率与带宽、入流初始浓度之间呈现出对数函数递减的规律:与入流流量之间表现出幂函数的关系。植被过滤带对TN、TP的浓度削减率表现出与SS相似的结果,也与带宽呈现出对数递减关系;与人流流量呈现出幂函数之间的关系。 (2)在多元回归分析中,非线性回归与逐步回归的模拟结果类似,所得的回归方程基本能说明目标污染物的浓度削减率与各影响因素之间的关系。逐步回归模型的预测值与实测值较接近,残差大部分都在±20之间,模型稳定性较好,所得模拟方程基本上能模拟出植被过滤带对SS和TP浓度削减率随各因素的变化趋势。 (3)神经网络模型能够对SS和TP的浓度削减率随各因素变化的情况作出很好的模拟,模拟结果的残差在±15之间,与非线性回归和逐步回归模型的模拟结果相比模拟精度高,模型相对稳定。 (4)在对植被过滤带的流态分析中可以看到,在试验条件下植被带的水流流态多为缓流,植被带的坡度对流态的影响比较显著;植被带的植被选择和配置,对消减水流能量,降低水流流速很重要;在试验条件下植被过滤带要达到对水流消能减速的很好的效果,带宽要达到10米以上,植被过滤带中缓而浅的水流对植被过滤带中的污染物有着更好的净化效果。 (5)Green-Ampt模型预测植被过滤带对水量的消减效果较好,预测值和实测值较接近;在放水条件下,放水流量的大小和土壤含水率的高低都对植被带水量削减有着很大的影响;在放水流量较小,植被过滤带植被配置和植被条件优良,放水时植被带初始含水量较低的情况下,植被过滤带中径流的下渗量的就大。 (6)从 COD在植被过滤带中浓度变化过程来看,各植被过滤带在不同流量,不同入流浓度下的COD沿程消减趋势线成波动状,出口浓度有“相聚”的趋势,即各植被过滤带中的COD值随着带宽的增加和入流时间的延长,COD的值将稳定在某一浓度附近。 (7)从运用GRAPH数学模型对植被带径流中溶解态磷的模拟来看,所得的结果基本上能够模拟出不同带宽下植被过滤带中溶解态磷的浓度随时间的变化趋势和植被带带宽的不同对植被带内污染物浓度的影响。