农村农业论文提纲

论文题目：滇池东岸截污干渠设计参数对输运农村农业面源总磷浓度的影响

摘要：控源截污是实施面源治理的有效举措,截污干渠是其最后一道关键工程,对改善水体环境有着至关重要作用。滇池是国务院重点治理的主要由面源污染引起富营养化异常的高原淡水湖泊,为了控制滇池面源污染,政府等部门在滇池流域构建了从源头控制到末端截污的环湖截污治污工程体系,其中全长101.5km的环湖截污干渠通过最大限度截留服务范围的面源污染负荷输送至末端水质净化厂,成为治理滇池的重要工程。目前,滇池污染负荷入湖总量有64%来自农村农业面源污染,其中总磷占比56%,且主要以颗粒态形式存在。因此,来自农村农业面源的磷元素成为滇池富营养化治理主要限制因子之一。环湖截污干渠在输移转运农村农业面源径流污水时,总磷浓度沿程逐渐降低且低于末端水质净化厂设计进水浓度,不利于污水处理工艺的良性运行。根据流体力学与沉降学以及通过多相流中颗粒态物质的受力分析和动力学分析,发现颗粒态物质运动受到临界流速和阻力系数的影响,且临界流速、阻力系数与管渠截面形状、粗糙度、水力直径、坡度密切相关,因此截污干渠的不同主要设计参数在输移转运过程中可能会提高或者降低总磷的浓度,干渠末端出口总磷浓度降低或提高会影响其末端处理工艺的良性运行。为合理选择截污干渠的主要设计参数以及相应末端处理工艺,本研究利用基于CFD计算方法的三维设计软件FLUENT对建设完善的滇池东岸截污干渠构建农村农业面源污水包括其中的颗粒态总磷的多相流模型,进行流动过程的模拟。在采用实测总磷浓度对模型进行验证的基础上,考察管渠的不同截面形状、粗糙度、水力直径、坡度对干渠输运农村农业面源污水中总磷浓度的影响。利用响应面分析上述四个因素单独作用、两两组合相互作用对截污干渠输运农村农业面源污水中总磷浓度的影响显著性,再分别针对达到最大和最小总磷去除率进行参数优化。主要研究结论如下:（1）截污干渠输运农村农业面源污水中末端出口总磷模拟值与实测值之间差异不超过0.1mg/L,说明了该模型用于模拟截污干渠总磷的浓度变化与实际情况是吻合的,模型具有准确性。（2）矩形、圆形、梯形三种截面形状截污干渠中,圆形截面截污干渠末端总磷浓度最低,梯形截面截污干渠末端总磷浓度最高;在矩形、圆形、梯形三种截面截污干渠中,随着截污干渠粗糙度增大,矩形截面截污干渠输运农村农业面源污水末端出口TP浓度降低,圆形、梯形截面截污干渠输运农村农业面源污水末端出口TP浓度升高,其中梯形幅度最大;随着水力直径增大,各截面形状截污干渠输运农村农业面源中末端总磷浓度增大,其中梯形截面截污干渠增加变化幅度最大,圆形截面截污干渠幅度最小;针对三种截面干渠,随着坡度增加,各截面截污干渠输运农村农业面源中总磷浓度在干渠末端出口逐渐降低,其中矩形截面截污干渠变化幅度最大。（3）水力直径对圆形、矩形、梯形截污干渠输运农村农业面源污水中末端出口总磷浓度影响极为显著,坡度对三种截污干渠输运农村农业面源污水中末端出口总磷浓度影响显著,粗糙度仅对圆形截污干渠影响显著。（4）粗糙度与水力直径、水力直径与坡度相互作用的对矩形、圆形、梯形截污干渠输运农村农业面源污水中末端出口总磷浓度变化影响均显著;粗糙度与坡度的相互作用对矩形、圆形、梯形截污干渠输运农村农业面源污水中末端出口总磷浓度变化影响均不显著。（5）圆形、矩形、梯形截面截污干渠达到TP最大去除率94.75%、92.6%、90.9%的参数设计分别为:粗糙度2mm、2mm、1.96mm,管道直径3.45m、4.49m、3.59m,坡度0.6‰、1‰、0.2‰;TP去除率达到最小值63.28%、56.2%、64.7%的参数设计分别为:粗糙度2mm、2mm、1mm,管道直径均为6.5m,坡度均为0.2‰。（6）通过响应面优化分析,达到滇池东岸截污干渠输运农村农业面源污水末端水质净化厂TP进水水质设计指标（TP=2mg/L）时,TP去除率为75.9%,圆形截污干渠应用的目标设计为:粗糙度1mm、水力直径5.61m、坡度0.7‰;矩形截污干渠:粗糙度2mm、水力直径5.64m、坡度0.5‰;梯形截污干渠:粗糙度1.2mm、水力直径5.69m、坡度0.5‰。

关键词：设计参数;截污干渠;农村农业面源;总磷浓度;多相流数值模拟

学科专业：环境科学与工程

摘要

abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 管渠降解污染物的研究

1.2.1 管渠降解能力研究

1.2.2 管渠设计参数与颗粒物沉降的关系

1.3 研究区域及环湖截污治污体系概述

1.3.1 环湖截污体系概述

1.3.2 研究区域概述

1.4 计算流体力学CFD与FLUENT

1.5 课题的提出

1.6 课题创新点及技术路线

1.6.1 课题创新点

1.6.2 课题技术路线

2 研究方法

2.1 研究区域水质水量监测

2.1.1 监测点位选择

2.1.2 监测方法

2.2 管渠设计参数选择依据

2.3 TP模拟浓度计算

2.4 响应面分析实验设计

3 滇池东岸截污干渠模拟几何模型构建

3.1 干渠模拟几何模型及网格划分结果

3.2 干渠模拟参数确定

3.3 模拟结果评价标准

3.4 截污干渠监测值与模拟结果验证

4 截污干渠设计参数对输运农村农业面源TP浓度的影响

4.1 干渠截面形状对输运农村农业面源TP浓度的影响

4.2 干渠粗糙度对输运农村农业面源 TP 浓度的影响

4.3 干渠水力直径对输运农村农业面源 TP 浓度变化的影响

4.4 干渠坡度对输运农村农业面源TP浓度的影响

4.5 本章小结

5 滇池东岸环湖截污干渠设计参数优化

5.1 设计参数单因素对截污干渠TP浓度的影响

5.1.1 回归方程建立

5.1.2 设计参数单因素对截污干渠TP浓度影响显著分析

5.2 响应曲面优化分析

5.2.1 圆形截污干渠优化分析

5.2.2 矩形截污干渠优化分析

5.2.3 梯形截污干渠优化分析

5.3 小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

B.学位论文数据集

致谢