The effect of macrophytes on retention times in a constructed wetland for wastewater treatment

Retention times of treated water in a constructed wetland (CW) with horizontal subsurface flow were determined both in the vegetative and non-vegetative periods of 2005. Tracer experiments were performed using fluorescein, an organic compound detectable at extremely low concentrations. Nominal and tracer retention times were determined and compared. Winter tracer retention time (TRT 194 h) and nominal retention time (nHRT 190 h) were nearly exactly equal, while summer TRT (335 h) was approximately twofold higher than nHRT (158 h). Residence time distribution function (RTD) was used to compare retention times obtained for the vegetative and non-vegetative periods. The obtained results document a significant influence of dense common reed vegetation on retention characteristics of the studied system. Common reed can convert a significant volume of water from liquid to gas via evapotranspiration (ET) and thus prolong water retention times in the system. This is very important both technically and ecologically. Longer retention times mean a longer time for microbiological decay of wastewater. Water converted from liquid to gas causes cooling of the microclimate, which is very important, especially in intensively cultivated areas with a lack of water.     

基于染色示踪实验的芦苇湿地垂向水文运移特征研究

海水入侵导致黄河三角洲滨海湿地盐碱化不断向陆相扩张,改变了许多物种的栖息地环境.保护区管理人员通过引黄河淡水,修建淡水恢复区来遏制这一趋势,而与此同时这也改变了潮间带植物群落和土壤理化性质的改变:大面积芦苇生长,土壤盐分降低,土壤孔隙度增加,优先流路径改变,从而导致小尺度内,垂向水文连通的改变,进而影响整个区域的水文过...     

Transport of volatile compounds in porous media in the presence of a trapped gas phase

The presence of an immobile gaseous phase in an otherwise-saturated porous medium affects the transport of volatile compounds. The linear theory of partitioning tracers suggests that a volatile tracer introduced into such a system should be retarded with a constant retardation factor. Using high concentrations, however, the saturation of the gaseous phase will change as an effect of the tracer test itself. Competitive gas transfer among all volatile compounds and the change of saturation may lead to tracer concentrations that are temporarily higher than those injected. We analyze the system in the framework of the coherence theory by Helfferich [Soc. Pet. Eng. J. 21 (1) (1981) 51]. The governing equations are formulated as functions of total concentration, i.e., the mass of solutes in all phases per pore volume. Neglecting dispersion and mass-transfer kinetics, we derive the characteristic form of the resulting system of hyperbolic equations. In a system with N volatile compounds, a variation of the concentrations splits up into N waves, each traveling with its own characteristic velocity. If the presence of a gaseous phase is sustained, one wave will be a standing one. We perform numerical model calculations for tracers with various Henry's law coefficients and show that the results agree with the semi-analytical solution obtained by coherence theory.     

数值模拟结合SF_6示踪法确定煤层钻孔瓦斯抽采有效半径

为准确确定煤层钻孔的瓦斯抽采有效半径,实现最优钻孔设计及最佳抽采效果,根据煤层瓦斯流动理论与煤岩体变形理论,建立钻孔抽采煤层瓦斯的气固耦合数学模型。并利用COMSOLMultiphysics软件,模拟SF6气体在瓦斯渗流场内的运移过程。利用SF6气体示踪法进行现场测试。依据相似定律,结合模拟与实测结果确定钻孔抽采有效半径的范围。以黄陵集团一号煤矿306工作面为例进行试验研究。试验结果表明,模拟结果与实测结果基本吻合;在钻孔直径为94 mm,抽采负压为15 kPa的条件下,预抽30天后,试验工作面抽采有效半径为5.88 m。     

基于中性盐提取的土壤重金属固液分配与自由态金属离子浓度测定

采用0.01mol·L-1CaCl2、0.002mol·L-1Ca(NO3)2和纯水(UPW)3种常用提取剂对我国南方两种典型农田重金属污染土壤进行提取试验.同时,应用土壤重金属固液分配多表面模型来预测提取液中重金属含量,结合道南膜技术(DMT)测定Ca(NO3)2提取液中自由态金属离子浓度,并与ECOSAT模型计算值进行比较.结果表明,提取剂中Ca2+浓度增加能显著提高土壤重金属溶出率,而提取液pH、溶解态有机碳(DOC)浓度却随溶液Ca2+浓度增加而降低.多表面模型(Multi-Surface Model)对大部分提取液金属浓度有较好的预测效果,部分土样提取液Cu、Pb、Zn浓度的预测效果较差.DMT测定的Ca(NO3)2提取液自由态重金属浓度与模型计算值较为一致,能够较准确地测定土壤溶液自由态重金属离子浓度.     

氚水在大豆土壤系统中的迁移与分布

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究氚水在大豆-土壤模拟生态系统中的迁移、分布规律.通过为期50d的模拟试验,测定了植物和土壤样品中2种形态氚(自由水氚和结合态氚)的比活度.结果表明:引入土壤中的氚水,不仅在系统各分室间转移和分配,而且迅速向系统外散逸;氚水中的氚以自由水氚和结合态氚形态存在于大豆植株和土壤中;大豆植株中的自由水氚比活度于6h时即达最大值(根19.4Bq·g^-1;茎叶12.3Bq·g^-1),随后便逐渐下降,而结合态氚呈缓慢增加;大豆根中的总氚比活度开始时高于茎叶中的比活度,而后趋于平衡,表层土中2种形态氚基本呈逐渐下降.运用示踪动力学分室模型原理对实验数据拟合得:土壤中的比活度C_s=88.37e^-11.847t+7.38e^-0030t;大豆植株中的比活度C_b=10.30(e^-0.030t-e^-11.847t).     

森林植被影响径流形成机制研究进展

径流形成机制研究在水文学领域中具有十分重要的意义,且受到越来越广泛的重视。水文环境以及水文通量的空间异质性和时间变化性导致了水文过程的尺度依赖性和非线性特征,没有对水文过程较为清晰的认识,就不能将某一地区某一流域森林植被变化水文生态效应的研究结果简单地外推到其他地区和其他流域。开发基于物理过程分布式参数水文模型可以为认识森林植被变化的生态学后效和客观评价森林植被水文生态效益提供可行的工具。但是要实现这一目标,研究森林植被影响径流形成机制是问题的核心所在。另一方面,认识森林影响径流形成机制有助于研究水文学中的尺度问题。研究森林植被影响径流形成机制的主要方法包括水文测验、同位素示踪和动力水文学计算等,研究的空间尺度则为坡面与流域相接合。从已有的研究成果来看,森林植被影响径流形成机制可以概括为:①森林流域径流形成为变动源区产流机制;②森林流域径流形成主要受饱和地表径流、亚表层径流和地下径流的控制;③森林流域径流形成机制是相互作用和相互转化的;④优先流在森林流域径流形成中起到了至关重要的作用。     

氚水在模拟水稻田中的消长动力学(续)

对进入水稻田中的氚水在连作晚稻阶段的迁移，输运动态过程的研究表明，滞留于早稻田中的氚水继续为晚稻摄取；与早稻情况一样，氚水中的氚仍以自由水氚和结合氚形式滞留在晚稻田各分室中，晚稻田水中和土肿的氚浓度均随时间单调地减少；晚稻地上部及根中的自由水氚及结合态氚浓度在采样期间也基本上随时间降低。     

土壤和沉积物中重金属积累及其Pb、S同位素示踪

对榨子厂附近一个废弃多年的古老土法炼锌点土壤和沉积物中重金属的积累及污染程度进行了研究。研究区土壤、沉积物样品中Pb、Zn、Cd含量已大大高于该地区的背景值,zn的积累明显大于Pb的积累程度。相关分析表明,土壤和沉积物中Fe2O3对重金属有强烈的固定作用。沉积物和土壤中有很高的综合污染指数,显示出重金属的污染程度很高。化学形态分析表明重金属以碳酸盐结合态、残渣态和铁锰氧化物结合态为主,有效态所占的比例很低,但其含量并不很低,在酸性条件下,有释放导致污染的可能性。同位素示踪结果显示,研究区土壤和沉积物中积累的Pb、S为矿山物质来源。     

基于改进遗传算法的河流水污染源反演方法

针对河流水污染应急响应过程中污染源排放历史迟知、未知的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,利用一维河流水质模型和水质监测数据,研究建立了基于改进遗传算法的河流水污染定量源反演方法,实现了对河流污染源排放历史的识别与重构.将该方法应用于美国特拉基河流的3个不同流量下的示踪剂实验中,对示踪剂排放历史进行定量源反演分析.结果表明：IGA算法对高、中、低不同流量下的3次示踪剂实验均可以很好的重构和识别示踪剂排放历史,对于实际河流水污染源反演分析的误差均在可接受范围内.IGA算法在河流水污染源反演分析中具有一定的可靠性和稳定性,可为河流水污染精准溯源与治理提供科学的技术支撑.