城市植物滯留系統水質水量智慧型模擬與套用

《城市植物滯留系統水質水量智慧型模擬與套用》是依託北京師範大學，由楊曉華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：城市植物滯留系統水質水量智慧型模擬與套用
• 依託單位：北京師範大學
• 項目負責人：楊曉華
• 項目類別：面上項目

項目摘要

城市降雨徑流引發的非點源污染問題是當前科學研究和社會關注的焦點。植物滯留系統作為城市非點源污染防治的最佳管理措施已引起國內外的高度關注，但對其淨化雨水作用機制以及結構最佳化設計研究還相當薄弱。本研究通過室內實驗和野外監測，定量描述植物滯留系統水質水量在植物-土壤之間的變化過程，引進智慧型分析方法，建立植物滯留系統水質水量智慧型耦合模型，動態模擬水質水量遷移變化過程，揭示植物滯留系統對雨水的淨化機制。以減少地表徑流、補充地下水、提高系統的去污效率、環境效益最佳為目標，建立多目標智慧型最佳化模型，最佳化系統的結構和參數。並將所建模型套用於典型城市試驗區植物滯留系統，完善城市植物滯留系統水質水量智慧型模擬理論和方法。這對城市非點源污染治理、城市雨水資源化利用和社會可持續發展具有重要的科學意義和套用價值。同時，又可有力地促進水文學、生態學、環境科學和工程、土壤水動力學與套用數學等學科理論的交叉、創新和發展。

結題摘要

本項目從實驗、模型模擬、結構最佳化等方面開展“城市植物滯留系統水質水量智慧型模擬與套用”研究，提出了城市植物滯留系統水質水量智慧型模擬的理論與方法，並將所建理論方法套用於北京市植物滯留系統水質水量模擬與結構最佳化。揭示了植物滯留系統對雨水的淨化機制和對水量的調控作用。這對城市非點源污染治理、城市雨水資源化利用和社會可持續發展具有重要的科學意義和套用價值。任務全部完成。已發表學術論文42篇，其中SCI 論文12篇、EI論文4篇。專利4項。共培養研究生6名。重要貢獻如下： 1、在植物滯留系統水量智慧型模擬模型方面，通過室內實驗、野外監測和模型模擬，引進智慧型最佳化方法，建立了城市植物滯留系統水量智慧型模擬模型。所建模型能夠用來設計植物滯留系統的規模，包括表面面積，表面窪地深度和存儲地區層的厚度。模型主要由：Richards方程、Van Genuchten-Mualem方程和改進的地表水平衡方程等幾個部分構成。通過所建立的模型與模擬實驗，探明了植物滯留系統土壤介質中水分含量及運移過程。 2、通過實驗和模型模擬，引進格雷碼智慧型最佳化方法確定水質參數，提出城市植物滯留系統水質水量智慧型耦合模擬的理論方法。整合水量模擬模型和植物滯留系統水質模型，考慮降雨的不確定性，引進降雨量徑流隨機變數，建立了植物滯留系統水質水量模擬智慧型耦合模型。上述模型套用於北京市植物滯留系統模擬，揭示了植物滯留系統對雨水的淨化機制。 3、提出城市植物滯留系統結構最佳化的理論方法。將植物滯留系統結構分成植物層、覆蓋層、土壤層，模擬測定了七種覆蓋層材料、七種土壤介質及十五種植物對多種污染物的去除率，構建了植物滯留系統多目標智慧型最佳化模型系列。套用所建理論方法與模型，給出了適合北京市植物滯留系統的最優結構。完善了城市植物滯留系統水質水量模擬的理論和方法。