模拟降雨入渗对岷江流域红壤坡面产流产沙的影响

采用室内模拟降雨研究了不同降雨强度和坡度对岷江流域红壤坡面降雨入渗、产流产沙的影响。结果表明:在不同降雨强度下,随坡度的增加,初始产流时间趋于提前;随降雨强度的增大,产流时间提前,降雨强度对初始产沙时间的影响大于坡度变化的影响。在同一坡度条件下,径流强度随降雨强度的增加而增加,平均入渗率随降雨强度的增加表现为先增大后减小的趋势。50mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后20min开始趋于稳定;75mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后15min开始趋于稳定;100mm/h降雨强度下,径流强度和坡面平均入渗率在降雨后10 min开始趋于稳定,径流强度和平均入渗率趋于稳定的时间均随雨强的增大而明显提前,各个时刻的径流强度和入渗率的稳定值在降雨过程中并不稳定,表现为随降雨强度和坡度的增大,波动愈剧烈。坡面产沙量随坡度和降雨强度的增大而增大,当坡度由5°增大到10°时,产沙量急剧增加;当坡度由10°增加到30°时,产沙量增速趋缓,侵蚀产沙量没有出现临界坡度。坡面产流强度和入渗率随时间的变化关系分别服从幂函数和对数函数规律,不同降雨强度下的径流深和产沙量也呈现出显著的正线性关系。     

红壤坡面降雨入渗及产流产沙特征试验研究

采用室内模拟降雨研究了不同降雨强度和坡度对红壤坡面降雨入渗、产流产沙的影响.结果表明:产流时间随降雨强度和坡度的增大而提前.对于入渗率较低的红壤坡面,径流强度主要受坡面承雨强度的影响,径流强度随雨强增大而增大,随坡度增大而减小.坡面入渗率随降雨强度的增大表现为先增大后减小.降雨强度增大能够增加水分入渗,但这种促进作用仅在一定的降雨强度范围内起作用.坡面入渗率随坡度增大表现为先增大后减小.20°左右存在一个坡面入渗率变化的临界坡度.坡面细沟侵蚀发展状况对稳定坡面入渗率有比较大的影响.径流率和入渗率与降雨历时的关系分别可以用幂函数和对数函数描述.在75,100 mm/h降雨强度下,产沙量随坡度的增大而增大,而50 mm/h降雨强度下,产沙量在20°时达到最大值而后出现下降,在20°附近存在一个侵蚀产沙量变化的临界坡度.     

不同降雨强度下地面坡度对红壤坡面土壤侵蚀过程的影响

通过室内模拟降雨试验,研究了不同降雨条件下地面坡度对红壤坡面产流过程和侵蚀过程的影响,结果表明,红壤坡面起始产流时间随坡度的增加有所提前,但不明显,坡面起始产流时间的早晚主要受降雨强度控制;坡面径流量随雨强的增大而增大,随坡度的变化比较复杂,在雨强为50mm/h时,径流量随坡度的增加而减小,在雨强为75mm/h时,径流量随坡度的增加先增大后减小;不同降雨强度下各坡度的侵蚀产沙率都是在降雨初期急剧上升,随后以指数下降,形成一个向左倾斜的曲线。坡度对坡面侵蚀产沙的影响随雨强的增大而增强;红壤坡面土壤侵蚀量随雨强的增大明显增大,随坡度的增加,在50mm/h小雨强时呈现先增加后减小的变化趋势,在坡度20°附近存在临界坡度;在75mm/h雨强下,侵蚀量随坡度增大而增大。     

模拟降雨条件下坡度和降雨强度对桂南崩积体侵蚀产沙的影响

[目的]探究坡度和降雨强度对崩岗崩积体坡面侵蚀产沙特征的影响,为桂南地区崩积体水土流失预测及其防治提供科学依据。[方法]采用室内模拟降雨试验,研究不同坡度(15°,20°,25°)和降雨强度(60,90,120 mm/h)条件下崩积体坡面侵蚀产沙过程。[结果]各坡度条件下,60 mm/h降雨强度时,崩积体坡面侵蚀速率变化过程较为稳定,且侵蚀速率多低于5.0 g/(m²·s),并呈现出一定的下降趋势;90～120 mm/h降雨强度下,侵蚀速率呈先波动增大后波动减小的变化趋势。降雨过程中侵蚀速率最大值随降雨强度和坡度的增大而增大,侵蚀速率最大值出现的时间集中在0～25 min内,且随坡度的增大有提前的趋势。次降雨产沙量(3.64～48.07 kg/m²)随降雨强度和坡度的增大而增大,与降雨强度和坡度之间的非线性回归结果(幂函数)优于线性回归结果。次降雨产沙量与坡度和降雨强度的交互项相关性最为显著,二者呈极显著线性函数关系。[结论]次降雨产沙量对降雨强度的敏感系数要高于对坡度的敏感系数,降雨强度对次降雨产沙量的影响强于坡度,崩积体侵蚀防治中建议做好...     

贵州喀斯特地区降雨强度对土壤侵蚀特征的影响

降雨对坡面产流、侵蚀过程及养分流失有重要的影响,选取我国西南喀斯特地区作为研究区域,采用人工降雨方法,研究了不同降雨强度对贵州喀斯特地区(裸地和植被覆盖小区)与土壤侵蚀特征的影响。结果表明:(1)在不同降雨强度下,裸地和植被覆盖小区初始产流时间均随降雨强度的增大产流时间提前,并且裸地和植被覆盖小区初始产流时间在不同降雨强度下差异均显著(p0.05)。(2)裸地和植被覆盖小区径流速率在5~6min之后保持稳定,径流速率均随雨强的增大而增大;不同降雨强度下,径流速率均表现为裸地植被覆盖小区。(3)裸地和植被覆盖小区输沙率变化表现为快速增大、迅速减小、缓慢减小和趋于稳定4个阶段,不同降雨强度下,输沙率均表现为裸地植被覆盖小区。(4)裸地和植被覆盖小区总径流量和总侵蚀量随雨强的增大而增大,裸地坡面各降雨强度下坡面总径流量差异均显著(p0.05),25,50mm/h降雨强度下植被覆盖小区坡面总径流量差异不显著(p0.05),相同降雨强度时总径流量表现为裸地植被;25,50mm/h降雨强度下裸地和植被覆盖小区坡面总侵蚀量差异不显著(p0.05),相同降雨强度时总径流量和总侵蚀量均表现为裸地植被覆盖小区。(5)裸地坡面侵蚀养分中DP,K~+,SEP和SEK含量均高于植被覆盖小区,其中裸地坡面侵蚀养分DP,K~+和SEK含量均显著高于植被覆盖小区(p0.05),而SEP含量二者差异不显著(p0.05)。(6)相关性分析表明降雨强度为75,100mm/h时,裸地和植被覆盖小区侵烛泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于降雨强度为25,50mm/h时,相同降雨条件下裸地侵蚀量与养分含量的相关系数基本高于植被覆盖小区。以上研究结果表明植被覆盖具有减沙减流、减少土壤侵蚀及养分流失等作用。     

降雨和上方来水条件下工程堆积体坡面土壤侵蚀特征

定量分析降雨和上方来水共同作用下堆积体坡面产流产沙过程,对于完善多驱动力条件下堆积体坡面土壤侵蚀特征具有重要意义。该研究运用人工模拟降雨和冲刷试验,在野外径流小区(7 m×1 m×0.5 m,坡度36°)上分别开展5个降雨强度(40、50、70、100、120 mm/h)、4个上方来水强度(10、15、20、25 L/min)单独作用及共同作用下坡面土壤侵蚀过程试验,比较2种驱动力单独作用及共同下堆积体坡面土壤侵蚀与形态特征。结果表明:1)降雨条件下,堆积体坡面侵蚀过程呈现阶段性差异发育,中小雨强(40、50和70mm/h)条件下,产流率和产沙率随历时延续呈现2个不同阶段(波动、平稳),侵蚀形态为不连续跌坎,大雨强(100和120 mm/h)条件下,产流率和产沙率随历时的延续呈现3个不同阶段(波动、平稳、剧烈),坡面侵蚀形态为细沟。2)上方来水条件下,堆积体坡面侵蚀过程呈现相对平稳发育,坡面侵蚀形态均为细沟。3)上方来水与降雨共同作用下,堆积体坡面侵蚀过程呈现剧烈波动发育,产沙率随历时的延续呈现持续"多峰多谷"变化态势,随着时间延续,产沙率波动振幅逐渐增大,堆积体坡面侵蚀形态均为侵蚀沟,且发育剧烈。4)上方来水和降雨共同作用下,坡面径流量和泥沙量均增大,且泥沙量的增大幅度大于径流量,相比单独降雨,径流量和泥沙量分别增大86%~629%和86%~4914%,相比单独上方来水,径流量和泥沙量分别增大12%~175%和15%~505%。上方来水和降雨共同作用下,汇流与降雨之间存在交互作用,两者对径流和泥沙的影响均显著。研究结果对于完善堆积坡面土壤侵蚀特征及揭示复杂水动力条件下的侵蚀机理具有重要意义。     

黄土坡面坡长对侵蚀一搬运过程的影响研究

通过不同降雨强度的模拟降雨试验,研究了15°时坡面坡长对黄土坡面侵蚀--搬运过程的影响.结果表明,坡面径流量随坡长的增加而增加,在50和75 mm/h降雨强度下,坡面径流量随坡长增加的幅度基本相同,在100 mm/h降雨强度下,当坡长小于5 m时,坡面径流量随坡长的增加幅度较小,而当坡长大于5 m时,坡面径流量随坡长增加的速率明显增大.在8 m坡长内,坡面侵蚀量随坡长变化呈波状起伏的交替变化;随坡长增加,坡面侵蚀现象呈现以侵蚀--搬运过程为主与以侵蚀--沉积过程为主的交替现象.     

曝气在沉淀法回收沼气发酵液氮磷中的作用

以畜禽养殖废水经厌氧消化处理后的沼气发酵液为研究对象,采用曝气吹脱的处理方式。研究了进水方式,曝气强度,水力停留时间（HRT）对发酵液pH值提升效果的影响。并考察了曝气过程中PO43--P、NH4+-N、Mg2+、Ca2+、化学需氧量（COD）的变化规律。结果表明：发酵液pH值在曝气2 h内提升明显,可迅速从7.27达到8.5,之后则变化较缓慢,12 h后可基本达到最高值9.3,为沉淀法回收氮磷提供了有利的pH值条件。间歇式进水pH值提升效果优于连续式进水,增大曝气强度和HRT可加快pH值提升速度,HRT越大pH值提升幅度越大。曝气过程中发酵液的PO43--P、NH4+-N、Mg2+、Ca2+、COD均呈规律性下降趋势,磷回收率可达65%左右,氮回收率为20%～40%,同时发酵液COD可下降20%～30%。曝气方式亦可以起到搅拌的作用。试验证实了采用化学沉淀法对厌氧发酵液进行氮磷回收时采用曝气处理可提升pH值。     

嵌套砾石红壤坡面壤中流对降雨强度的响应

为研究嵌套砾石红壤坡面的壤中流动态过程及降雨产流分配,以红壤缓坡(10°)和陡坡(25°)坡面为研究对象,采用室内人工模拟降雨的方法研究不同降雨强度(60,90,120 mm/h)和不同砾石含量(0,10%,20%,30%)条件下壤中流的初始产流时间、产流速率和径流过程。结果表明:(1)不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流初始产流时间在雨强60 mm/h时接近15 min,在雨强90,120 mm/h时差别较大;雨强从60 mm/h增大到120 mm/h,不同含量砾石嵌套红壤坡面壤中流量和产流速率基本上表现为降低,其中25°嵌套20%和30%砾石坡面的壤中流产流速率均值分别下降86.7%和89.0%,雨强120 mm/h时壤中流峰值仅为60 mm/h条件下的10.7%和10.2%。(2)10°和25°各试验坡面,雨强60 mm/h时地表径流所占比例为8.0%~66.3%,雨强120 mm/h时地表径流所占比例为76.1%~93.5%,地表径流所占比例均随雨强的增大而提高32.8%~1 009.4%;雨强60 mm/h时壤中流所占比例为7.3%~30.0%,雨强120 mm/h时壤中流所占比例为1.1%~9.6%,壤中流所占比例随雨强增大而减小46.1%~93.9%。(3)回归结果显示,壤中流峰值流量Ip、壤中流系数It、壤中流消退速率K和降雨强度、砾石含量的二元线性回归效果都达到了显著水平(P<0.05);坡度10°时,降雨强度和砾石含量对壤中流过程参数所起的作用是相反的,而坡度25°时,砾石含量和降雨强度对壤中流各参数的作用相同。     

不同降雨强度下污染土重金属元素随径流迁移转化特征

通过室内模拟降雨试验,研究了不同降雨降雨强度下(29.9,55.2,78.5mm/h)空白土和污染土Cu、Pb和Zn随地表径流的迁移转化特征。结果表明,空白土与污染土径流携带的泥沙量均随降雨强度的增大而增大,土壤受重金属污染对侵蚀泥沙量的变化影响不大;污染土径流中水溶态Cu、Zn含量明显高于空白土含量,且基本不受降雨强度影响,其大小主要由土壤酸溶态中的可交换态含量决定,3种重金属水溶性含量大小为ZnCuPb;不管对于空白土还是污染土,径流中重金属总浓度都随降雨强度的增大而增大,但污染土增加的幅度明显比空白土大,且与泥沙量变化趋势基本一致,而空白土无此规律。     

前伸式双叶片污水泵内部流场PIV试验

以一台比转速为70的前伸式扭曲双叶片污水泵为研究对象,采用PIV(particle image velocimetry)技术对双叶片污水泵进行内部流场测量,分析了该泵在不同流量工况下(Q/Qdes=0.4、0.6、0.8、1、1.2、1.4)叶轮内部流场的相对速度分布,研究了轴向旋涡和低速区随流量变化的形态特性,发现在流道中部靠近叶片工作面上存在低速区及与叶轮旋转方向相反的轴向旋涡,且随着流量的增大,低速区与轴向旋涡逐渐减小;引入少叶片数离心泵内部流动理论,揭示了低速区和轴向旋涡存在和发展的内在机理。分析了在流量Q/Qdes=0.6时叶轮和蜗壳不同相对位置的相对速度场分布,研究了叶轮和蜗壳之间动静干涉作用对轴向旋涡的影响,发现当轴向旋涡经过蜗壳隔舌时,其与叶轮之间的干涉作用使得轴向旋涡向下游偏移。研究结果对前伸式扭曲双叶片污水泵的内部流动规律研究具有重要参考价值。     

基于粒子图像测速的坡面流水动力学特性

粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)技术具有多点同时测量、对水流无干扰的优点,该研究利用高分辨率PIV(分辨率为64 pixels/mm),测量了7组坡面流(水深范围为0.5～1.1 cm,雷诺数范围为1 000～3 000),并测量1组深水明渠紊流作为对照,研究了流速轮廓线和修正系数、紊动强度和雷诺应力、偏态系数和峰度系数的变化规律。结果表明:1)PIV能够有效观测坡面流床面至水面的流速分布。当坡面流流态为过渡流时,流速修正系数随着雷诺数的增加呈对数增加,均值为0.77;2)对比深水明渠紊流的紊动强度,坡面流的流向紊动强度较大,而垂向紊动强度较小,且随着水深及雷诺数的增加,坡面流紊动强度逐渐与深水明渠紊流的特征吻合。深水明渠紊流中受雷诺应力影响的流体占比约80%,而坡面流中受雷诺应力影响的流体占比小于80%,随着雷诺数的增加坡面流中受雷诺应力影响的流体占比变大;3)对比深水明渠紊流的峰度系数,坡面流的峰度系数大部分大于3,表明坡面流较深水明渠紊流出现极端流速事件的概率小。PIV技术有利于实验室研究坡面水力侵蚀的力学机理机制问题。     

陶瓷膜预处理猪场沼液的工艺参数及效果研究

针对沼液中悬浮物含量高、重金属残留等问题,该研究采用陶瓷膜进行预处理,开展膜过滤工艺参数优化和污染物去除效果的试验。首先证明7种不同孔径陶瓷膜中10～50 nm超滤陶瓷膜通量较高,再选择20 nm膜进行后续沼液温度、膜面流速和浓缩倍数等因素对陶瓷膜通量影响的研究。结果显示：20 nm陶瓷膜通量随温度升高呈指数型增长;较适宜的膜面流速为3.0 m/s,对应的膜通量可达175 L/(m2·h);经济性较高的变频器运行频率范围为40～45 Hz;20 nm陶瓷膜的极限浓缩倍数大于10倍,优于100 nm膜。20 nm陶瓷膜可完全去除沼液中浊度,同时较好的保留溶解性有机质和氮磷钾等无机营养,并对沼液中多种重金属具有良好的阻控效果,综合考虑其生产工艺和使用成本,20 nm陶瓷膜有广阔的实际应用前景。     

运行参数对倒伞曝气机曝气性能影响试验

转速、浸没深度和液位高度对倒伞曝气机曝气性能的影响较大,为了研究各影响参数协同作用下倒伞曝气机曝气性能的变化情况,该文通过试验研究了不同转速、浸没深度和液位高度对曝气性能的影响。研究表明:在相同转速时随着运行时间的增加曝气池溶解氧浓度随之增大,但增幅逐渐降低;随着转速的增加,叶轮对水的做功能力增强,提高了水面的湍动强度及水面下的复氧强度,进而缩短了曝气池达到氧饱和的时间,转速为300 r/min达到氧饱和的时间比150 r/min缩短了约57%。转速、浸没深度和液位高度的改变均会极大地影响倒伞曝气机的性能:转速的增加能够提升倒伞曝气机的标准氧总转移系数和标准充氧能力,但对于标准动力效率的提升有一个上限值,该上限值与浸没深度有关;倒伞曝气机低速运行时,浸没深度和液位高度对标准氧总转移系数和标准充氧能力的影响较小。液位高度的增加会加大倒伞曝气机的标准充氧能力和标准动力效率,但是相同液位高度下,随着转速的增加标准动力效率增幅明显小于标准充氧能力增幅,当液位高度为250 mm时,转速从150增加到300 r/min,标准充氧能力值提高2.91倍而标准动力效率提高1.22倍。该研究可为倒伞曝气机的经济运行提供参考。     

规模化好氧堆肥底部曝气系统管道内流场仿真与试验

规模化好氧堆肥通过微生物的作用将较大堆体中的有机物质分解,转变成为稳定的腐殖质,是解决畜禽粪便污染问题实现其资源化利用的有效途径。底部曝气作为规模化好氧堆肥工程实施的关键研究对象。有效设计底部曝气系统可提高输氧效率,抑制局部厌氧环境的形成,改善堆肥环境。该研究基于4种规模堆体（48、90、180、270 m³）所需风机和管道参数;建立了底部曝气系统流场模型,模拟分析了通风管道内及通风孔处的流速分布;并依据实例进行了深入分析。结果表明,对于较小规模堆体（48、90 m³）,不同布风方式对管道内和通风孔处流速分布的均匀性影响不大,而渐密布孔相比于均匀布孔可以提高其均匀性。对于较大规模堆体（180、270 m³）,可通过铺设多排管道的方式来提高其均匀性,其中四管相比于三管可以减少10 %的动能损失;基于对工厂100 m³堆体的实例仿真,发现仿真得到的流速与实际测量值没有显著差异,该研究结果可为后续工程建设提供理论依据和数据支撑。     

层流炉反应管内炭粉颗粒运动的PIV试验

为了研究炭粉颗粒在层流炉反应管内的运动规律,按照1∶1比例设计制造了一套透明玻璃试验装置用于PIV流场测量。分别在4种不同的主气流量下,对粒径为100～120目的炭粉颗粒在反应管内的速度场进行了PIV无接触测量。结果表明,在反应管中心处,开始时,炭粉颗粒的轴向速度在下料口附近很小,然后迅速增加到最大值,而后以此速度运动一段距离后,速度开始减小。在约1.8～123.8 mm段,炭粉颗粒的轴向速度在管道中心处为最大。轴向速度沿径向成类似抛物线状分布;通过对测量数据的分析计算,获得了管内气流雷诺数与炭粉颗粒停留时间（无量纲处理后）的关联式。     

微孔扩散器形状对曝气增氧性能影响的试验

为了探究不同形状(直线型、C型、S型和圆盘型)的微孔曝气扩散器对增氧性能的影响,在3个水深和5个曝气流量下进行了一系列的室内曝气增氧试验.结果表明:相同水深和流量下,直线型的氧体积传质系数、充氧能力、动力效率和氧利用率均最大,例如在0.7 rn水深时4个技术指标的范围值分别为0.853～1.762 h-1、8.701～17.432 g/h、4.146～6.869 kg/(kW·h)、3.257％～4.912％;而S型是最低的,其范围值分别为0.798～1.504 h-1、6.850～12.627 g/h、2.630～4.444 kg/(kW·h)、3.823％～2.339％;其次是C型和圆盘型微孔曝气扩散器,其他水深试验条件下也得到了类似的规律.由此说明直线型的增氧效果最好.为了仅探究扩散器形状对增氧性能的影响,在试验水池表面铺设薄膜阻隔了空气-自由水表面氧传质后,4种扩散器的氧体积传质系数均下降,最大的下降率分别为12.29％、8.73％、12.26％和6.74％,空气-自由水表面氧传质对不同形状的扩散器的影响程度不同.但下降后的氧体积传质系数值最高的仍是直线型,其次是C型和圆盘型,S型仍然最低;直线型、C型、圆盘型、S型在0.7 m水深下分别为1.693、1.470、1.438和1.227 h-1,在其他工况下也得到了类似的规律.因此,增氧性能最好的是直线型微孔曝气扩散器.此研究结果可为微孔曝气技术的绿色环保应用以及实际工程中对微孔扩散器形状的选取提供一定的参考价值.     

曝气对垂直流湿地处理水产养殖废水脱氮的影响

人工湿地作为一种有效的污水处理技术,现已被逐渐拓展到水产养殖业中。鉴于其与养殖竞争有限土地资源的弊端,如何构建节地高效型湿地成为未来研究的重点。曝气增氧是强化潜流湿地净化效能的重要措施之一,但是关于曝气强度以及净化效率与影响因素的关系仍缺乏深入系统的研究。为此,该文设计构建了7组不同要素组合的垂直流湿地小试系统,同步或分阶段探讨了曝气强化对垂直流湿地脱氮的影响。研究结果表明,无论曝气与否,构建的7组湿地系统于试验运行工况下都存在明显的硝化过程,且空气复氧和植物根系泌氧足以弥补硝化作用耗氧量。曝气增氧进一步强化了湿地内部的矿化和硝化过程;鉴于养殖废水不缺乏碳源(该研究各组湿地进水碳氮比在28.4~30.6之间),湿地内部的反硝化几率增大,导致曝气后总氮的去除效率提高。但是曝气条件下过高的溶解氧又会进一步抑制反硝化过程,从而也会导致系统总氮去除速率的下降。因此,对垂直流湿地而言,曝气强度不是愈高愈好。为了获得更高的脱氮效率,建议可以通过延长水力停留时间或者在垂直流湿地尾部增设水平潜流湿地来补充反硝化过程,进而提高系统对总氮的去除效果。     

提高沼液生物有效性的曝气参数优化

曝气处理广泛用于沼液滴灌前处理中,合理的曝气有利于农作物生长,降低沼液后续滴灌时发生堵塞,但目前缺乏相关工艺参数。基于此,该文从提高沼液农用生物有效性入手,对影响曝气过程的相关参数进行优化研究。结果表明,曝气能够降低沼液中氨氮、总磷含量和生物毒性,且添加好氧污泥情况下下降更明显。以保持沼液中氨基酸含量作为评价指标时,最优曝气参数为:好氧污泥量8000 mg/L、水力停留时间2h、气水比20、p H值8.5;以降低沼液生物毒性为目标的优化曝气参数为:好氧污泥量6000 mg/L、水力停留时间1h、气水比40、p H值6.5。通过玉米水培试验对2种优化方案进行验证,沼液氨基酸浓度的优化方案更利于玉米生长,而玉米在基于降低沼液生物毒性的优化方案中的生长情况较差,甚至劣于未优化方案。