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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:李世阳,王立,Prasanta K Kalita,马放.浅层排水系统降雨过程氮磷垂直迁移数值仿真[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(2):44.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2017.02.008
LI Shiyang,WANG Li,Prasanta K Kalita,MA Fang.Numerical simulation of nitrogen and phosphorus vertical transportation in subsurface drainage area[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2017,49(2):44.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2017.02.008
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浅层排水系统降雨过程氮磷垂直迁移数值仿真
李世阳1,2,王立1,Prasanta K Kalita2,马放1
(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 Illinois 61802)
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 h 4 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0.05~0.1 mg/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
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2017.02.008
分类号:X254
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(51179041);水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07201007);城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题(2014TS05)
Numerical simulation of nitrogen and phosphorus vertical transportation in subsurface drainage area
LI Shiyang1, WANG Li1, Prasanta K Kalita2, MA Fang1
(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, Illinois 61802,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 water and the dissolved pollution in farmland. To get a full understanding of vertical transportation of nitrate and phosphate in subsurface drainage agricultural watershed, finite element analysis technology was used to make the numerical simulation of mass transfer of soil column. Results show that there is no water and dissolved pollutant in pipe after 5 h rainfall with intensity of 4 mm/h, because the rainfall in 5 h is not enough to saturate the soil layer from surface to pipe. But if extending the rainfall duration to 10 h, the soil became saturated and then the nitrate and phosphate loss observed. The nitrate loss was extremely higher than phosphate (nitrate concentration is 9-10 mg/L, phosphate is 0.05-0.1 mg/L). After 24 h rainfall event, the nitrate loss reached to the maximum. The nitrate loss in tile water intensity was at an exponential growth but phosphate just increased at a liner growth. This phenomenon may be caused by the differences of material properties.
Key words:  subsurface drainage system  non-point pollution  vertical transportation  finite element analysis  numerical simulation

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