[发明专利]一种基于流场分布的潜流人工湿地基质结构设计方法

说明书

技术领域

本发明属于一种对潜流人工湿地基质结构的创新设计，特别是一种基于流场分布的潜流人工湿地基质结构设计方法。

背景技术

在水体污染及水资源短缺问题日益严峻的今天，作为生态处理方法的人工湿地技术有着广阔的发展空间。人工湿地按照水体流态可划分为潜流式人工湿地、垂直流人工湿地和表面流人工湿地，其中潜流式人工湿地应用范围最为广泛，与传统生化处理方法相比，具有处理成本低、管理简易、处理效果好、不易造成环境卫生问题等优点。

近年来，随着人工湿地工程化应用范围的逐步扩大，沟流、短流、死区等问题日益突出，基质利用率逐年下降，并由此引发处理效率低下、堵塞及服务年限缩短等一系列问题，成为人工湿地进一步推广使用的瓶颈问题。在此情况下，研究发现传统人工湿地的构建仍停留在经验化建造阶段，缺乏行之有效的设计方法，造成了沟流、短流、死区等流场分布不均匀现象的普遍发生。针对上述问题，本发明根据渗流场理论，以流场均匀分布为目的，利用常密度三维流动基本水流数学模型对潜流式人工湿地结构参数进行定量化，在设计阶段避免了基质利用率低下，水流分布不均等问题的发生，为潜流式人工湿地净化能力及服务年限的提高提供技术支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于流场分布的潜流人工湿地基质结构设计方法，依据渗流理论将潜流式人工湿地床体结构参数进行定量化，解决了潜流式人工湿地在设计和建造过程中的随意性和经验化问题，以保证基质内部流场分布的均匀性。

潜流人工湿地基质结构设计方法是以流场的均匀分布为目的，设计计算依据为三维有限差分地下水流动模型，其常密度三维流动基本水流数值模型如下：

∂∂x(kxx∂h∂x)+∂∂y(kyy∂h∂y)+∂∂z(kzz∂h∂z)-w=S∂h∂t]]>

式中：k_xx,k_yy,k_zz为沿x，y，z坐标轴方向上的渗透系数（LT^-1）;h为测压管水头，（L）；w为地下水的源和汇；S为孔隙介质的储水率（L^-1）；t时间（T）。

具体步骤为：

（1）建立一个潜流人工湿地：

潜流人工湿地基质结构设计方法所针对的潜流人工湿地结构包括进水口、布水区、分层填充的主体填料区、集水区、出水口；污水由进水口流入，经布水区后，水平流过主体填料区中各填料层，在主体反应区末端汇入集水区，最后由出水口流出系统。