浅层排水系统降雨过程氮磷垂直迁移数值仿真-哈尔滨工业大学学报.PDFVIP

第４９卷　 第２期 哈　 尔　 滨　 工　 业　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ４９ Ｎｏ２ 　 　 ２０ １７年２月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｆｅｂ． ２０１７ ＤＯＩ：１０．１１９１８／ ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１７．０２．００８ 　 　 　 　 　 　 浅层排水系统降雨过程氮磷垂直迁移数值仿真 １，２ １ ２ １ 李世阳 ，王　 立 ，Ｐｒａｓａｎｔａ Ｋ Ｋａｌｉｔａ ，马　 放 （１．城市水资源与水环境国家重点实验室（哈尔滨工业大学），哈尔滨 １５００９０； ２．伊利诺伊大学香槟分校 农业与生物技术工程学院，美国Ｉｌｌｉｎｏｉｓ６１８０２） 摘　 要：浅层排水系统是一种快速排出农田积水的有效设施，但其同时也改变了水分及面源污染物如氮磷在农田系统迁移的 速度和途径．为了对浅层排水农田系统中的氮磷垂直迁移过程有全面了解，利用有限元分析技术对已监测的浅层排水系统单 元土壤柱进行数值仿真．结果表明，在５ ｈ４ ｍｍ／ ｈ 降雨结束后，降雨量没有达到使地表到排水管道之间土壤层完全饱和，从而 使随之溶解的氮磷污染物不足以渗透到排水管，导致没有氮磷的流失．降雨时间延长至１０ ｈ 后，降雨量使土壤层达到饱和，从 而使溶解的污染物产生流失，其中硝酸盐的流失量明显大于磷酸盐，硝酸盐流失量为９～ １０ ｍｇ／ Ｌ，磷酸盐流失量为 ０．０５～０．１ｍｇ／ Ｌ．在２４ ｈ 降雨事件后，排水管中硝酸盐质量分数达最大值．在降雨时间不断增加的过程中，硝酸盐流失呈指数增 长，而磷酸盐只是线性增长，形成该现象的原因与污染物的本身性质有关． 关键词：浅层排水系统；面源污染；垂直迁移；有限元；数值仿真 － － － 中图分类号：Ｘ２５４ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７ ６２３４（２０１７）０２ ００４４ ０５ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｒｅａ １ １ ２ １ ＬＩ Ｓｈｉｙａｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｌｉ ，Ｐｒａｓａｎｔａ Ｋ Ｋａｌｉｔａ ，ＭＡ Ｆａｎｇ （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ （Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），Ｈａｒｂｉｎ １５００９０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｉｌｌｉｎｏｉｓ ａｔ Ｕｒｂａｎａ⁃Ｃｈａｍｐａｉｇｎ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ６１８０２，ＵＳＡ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｄｒａｉｎ ｅｘｔｒａ ｆｌｏｏｄ ｏｕｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆａｒｍｌａｎｄ． Ｂｕｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ａｌｓｏ ｃｈａｎｇｅｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｐａｔｈｗａｙ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｗ