基于HYDRUS-1D模型的融雪剂对生物滞留池影响研究

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伴随海绵城市建设进程加快,北方地区海绵设施数量逐渐增加,其中,生物滞留池是海绵城市建设设施中应用最广泛的技术之一,但北方冬季常施用融雪剂使得海绵城市设施受到盐渍化威胁。研究融雪剂对生物滞留池的盐化影响,在生物滞留池的研发、建设和管理方面具有重要意义。本课题基于辽宁省大连市春、冬季的降水数据和融雪剂施用情况,利用HYDRUS-1D软件构建了不同融雪和降雨条件下的生物滞留池水盐运移模型,研究了融雪剂对生物滞留池的盐化影响,并提出合理的减轻盐危害建议。首先,本文设置了不同岩性种植土层的小型生物滞留池物理模型,通过对比不同深度电导率实测值和软件模拟值,验证数学模型模拟的可行性。结果表明该数学模型与物理模型拟合度较高,在考虑蒸发情况下的数学模型模拟结果更符合实际情况,且对种植土层的模拟偏差低于砂层,种植土层最小偏差和最大偏差分别为1%和28%,砂层最小偏差和最大偏差分别为1%和39%。为了降低融雪剂积累的盐危害,选择合适的种植土壤类型和融雪剂类型,对大连市2015年冬季生物滞留池电导率(EC_e)逐日变化情况进行了模拟。发现,钙镁混合盐融雪剂对滞留池盐化威胁相对较小。种植土层表层EC_e值与含盐量成正比与含水量成反比,盐分越高而含水率越低则EC_e值越大,干旱期越长土壤蒸发量越大,EC_e值越高,但干旱期对砂填料层EC_e值直接影响很小。选择砂壤土作为生物滞留池的种植土更易于在小降水量时排放盐分,减小盐分滞留量,且春季降水量一定时,有利于通过雨水冲刷排盐。为进一步研究冬季融雪剂施用量、降水量和蒸发量对滞留池盐化程度影响和春季降雨淋溶的脱盐排盐效果,基于大连市2008-2017年降水数据,进行了砂壤土滞留池盐分积累和冲刷模拟。结果表明,各年份冬季结束后,不同年份滞留池均整体处于盐化状态,植物需春季补种。对春季降水淋溶作用模拟发现,春季降水对除盐有明显作用,且累积降水量更大的5月份比4月份除盐更彻底。植物补种应合理考虑降水量的时间和数量分布,对降水量前期较集中的年份,补种日期可相对提前,否则应考虑将补种时间延后或在补种前进行适量灌溉。针对春季降水未能有效脱盐的情况,利用软件模拟不同灌溉水量的脱盐排盐效果,寻求合理有效的灌溉管理措施,保证补种植物时土层处于合适状态。发现灌溉水量越大排盐效果越好,春季干旱期较长时,采用最大的8.91 cm灌溉水量,可将盐分充分淋出,且后续滞留池不会随干旱期到来重新盐化,干旱期较短的年份可采用多次小水量灌溉,通过将盐分向下冲移,将土壤上层EC_e值保持在4 ds/m以下,利用后续春季降水量更大月份的天然降水来有效除盐,以减少灌溉用水。
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