[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

摘要

本发明公开了一种基于流场分布的潜流人工湿地基质结构设计方法。该方法基于渗流场理论，以实现水流在床体各处均匀分布为目的，以三维有限差分地下水流动数学模型为设计计算依据，对影响潜流人工湿地流场分布的主要结构参数进行定量化设计，包括人工湿地单元划分、各单元池体长宽比、布水区长度、集水区长度、床体深度、主体填料区域填充层数、各层填料渗透系数，采用达西渗透试验对基质填料进行测量，筛选出各层所需粒径的填料。本发明设计方法对潜流人工湿地各结构参数进行设计计算时，结构参数的选取简单方便，切实可行，据此建造的潜流人工湿地能够大大提高系统的水力效率和填料的利用率，避免沟流、短流及死区的发生，进而提高净化效果和使用年限。

主权项

1.一种基于流场分布的潜流人工湿地基质结构设计方法，其特征在于具体步骤为：（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；潜流人工湿地单个池体单元长度范围为1-56米，长宽比例为1:1-2:1；布水区长度与人工湿地池体总长度的适宜比例范围为1：8-1：15；集水区长度与人工湿地池体总长度的适宜比例范围为1：8-1：15；床体填料有效填充深度为0.5-1.0米；单个池体总长度小于12米时，主体填料划分为4-6层，单个池体总长度大于12米时，主体填料划分为3-6层；布水区和集水区适宜选用填料的渗透系数为500-1000m/d；若单元池体长度大于56米，则根据地形将土地划分为若干个池体单元，保证每个单元池体长度在1-56米范围内；（2）各层填料渗透系数的设计：潜流人工湿地主体填料区各层填料的选择与人工湿地单元池体尺度相关，不同尺度人工湿地各层填料渗透系数的具体设计如下：①当池体长在1m-6m时，各层渗透系数计算公式如（1）所示：式中：k_n-第n层填料的渗透系数，n为2，3，4，5，6；n-从上到下的层数取值（2，3，4，5，6）；a-系数，其计算公式如（2）所示：a=0.0002k13.0537---(2)]]>式中：k₁-第一层（表层）的渗透系数取值，取值范围为10-80m/d；②当池体长在6m-12m时，各层渗透系数计算公式如（3）所示：k_n＝a[n²-(0.0762a+5.3485)n+36.927a^-0.3828]  （3）式中：k_n-第n层填料的渗透系数，n为2，3，4，5，6；n-从上到下的层数取值（2，3，4，5，6）；a-系数，其计算公式如（4）所示：a=0.0009k12.0052---(4)]]>式中：k₁-第一层（表层）的渗透系数取值，取值范围为10-120m/d；③当池体长在12m-56m时，各层渗透系数计算公式如（5）所示：k_n＝a[n²-(0.0998a+5.6559)n+58.653a^-0.4483]    （5）式中：k_n-第n层填料的渗透系数，n为2，3，4，5，6；n-从上到下的层数取值（2，3，4，5，6）；a-系数，其计算公式如（6）所示：a=0.0003k12.0578---(6)]]>式中：k₁-第一层（表层）的渗透系数取值，取值范围为10-140m/d；（3）潜流人工湿地主体填料区各层填料的选取：采用达西渗透试验对基质填料进行测量，筛选出各层所需粒径的填料。