人工湿地水力学研究进展

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇人工湿地水力学研究进展范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要 人工湿地因其具有工艺设备简单、投资少、能耗低、运行维护简便等优点，正受到生态工程领域越来越广泛的关注和重视。在人工湿地系统设计中，水力学因素直接关系到污染物的去除效果。通过分析人工湿地水力学特征影响因素，重点探讨了湿地构造、基质、植物等因素对水力学特征的影响及其优化途径，为提升污染物去除效果提供理论指导和技术支持。

关键词 人工湿地 水力学 水力参数

中图分类号：X703 文献标识码：A

近年来人工湿地在国内外的研究和应用十分广泛。其除污效率受到多种因素影响，包括气候温度、基质微生物、植物种类等。另外，水力条件的改变会影响人工湿地污水的停留时间、污染物与基质的有效接触面积等，从而对人工湿地除污效果起到关键作用。目前，应用广泛的潜流人工湿地的水流方式需要通过人为控制来进行调整，对其水力条件的研究显得更为重要，也逐步受到重视。

1人工湿地水力学研究方法

1.1理论分析法

理论分析法是利用流动模型假设，给出所研究问题的解析解或简化方程。当潜流水的流动状态为层流时，人工湿地的水力学方程可采用达西公式表述。当渗流的雷诺数Re>10时，对水流的扰动作用已不能忽视，一般则可采用厄刚（Ergun）公式来描述。随着人工湿地理论研究的深入，多种水力学模型相继被提出。

1.2 数值模拟法

数值模拟法通过数值计算和图像显示对流场问题进行研究。随着紊流理论的发展和计算机计算能力的提高，数值模拟方法有了较大的发展。其中，计算流体力学技术将实验研究与理论分析方法联系起来，使很多简化流动模型的方法得到发展和完善。例如，肖海文对人工湿地水力停留时间分布进行了模拟研究，结果表明活塞流反应器并联完全混合反应器模型处理效果最好。

1.3 实验法

实验法利用示踪表征相应的水流运动，对其分析后得到水流运动的规律性。其基本原理是在系统进水中瞬时加入示踪剂脉冲，绘出系统出水中示踪剂浓度随时间的响应曲线（RTD）以判断湿地系统短流、死区比例以及水力效率。Florent等将活塞流离散模型和多釜串联模型运用到潜流人工湿地水力学研究中，通过示踪剂实验指出其更适合模拟潜流人工湿地中的非理想流动。

2 人工湿地水力学特征影响因素

2.1 湿地构造

湿地结构是影响人工湿地水力学特征的一大因素。Garcia等通过示踪剂实验研究了长宽比对潜流人工湿地水流运动的影响，结果表明长宽比增加会导致水力停留时间增加、活塞流比例升高、死区率降低。Alcocer等研究了长宽比对潜流人工湿地水力效率的影响，发现较大的长宽比可以降低短流影响，提高水力效率。Holland等研究了水深对潜流人工湿地水力效率的影响，实验结果表明增大水深有助于提高水力效率。

2.2 基质

基质种类、尺寸以及填充方式对潜流人工湿地水力特征均有影响。William等研究了粗砾、豆砾以及砂三种填料的芦苇潜流人工湿地水力传导性，实验结果表明豆砾是潜流人工湿地填料较好的选择，其水力传导性较好，不易堵塞。Alcocer等通过示踪剂实验研究了基质粒径等对潜流人工湿地水力学性能的影响，结果表明，较小的粒径可以增加水力停留时间，减少短流，但会降低活塞流比例。

2.3 湿地植物

King等研究了植物根部结构和微生物膜对人工湿地水体流态的影响，结果显示单一因素并不能完全表征其对人工湿地水流的影响。Grismer等通过示踪剂实验研究了植物对水平潜流人工湿地水流弥散的影响，认为植物加深了水流弥散程度。

3 存在的问题

潜流人工湿地水力学性能影响因素，如湿地构造、基质类型及尺寸、湿地植物等对水力停留时间的影响，是目前主要的研究内容，但大部分研究都停留在观测分析各因素对水力停留时间分布曲线形状的影响方面，鲜有根据RTD拟合模型进行模拟计算。此外，在人工湿地实际工程应用中，湿地基质堵塞是一个经常发生的问题，而上述水力因素与基质堵塞之间的关系也鲜有研究。

参考文献

[1] 胡康萍.人工湿地设计中的水力学问题研究[J].环境科学研究，1991，4（5）：8-12.

[2] 肖海文，翟俊，邓荣森，等.人工湿地水力停留时间分布模拟[J].环境科学学报，2012，32（12）：2998-3005.

[3] 王世和.人工湿地污水处理理论与技术[M].北京：科学出版社，200：36-39.

[4] 宋新山，张涛，严登华，等.不同布水方式下水平潜流人工湿地的水力效率[J].环境科学学报，2010，30（1）：117-123.