植被过滤带对非点源污染物净化效果的试验研究与数学模拟

植被过滤带是位于污染源与水体之间的植被带，可以有效地拦截、滞留泥沙和削减氮、磷等污染物的入河负荷量，显著降低非点源污染的影响。它具有费用较低、多方受益、适应性强等特点，是一种科学有效的非点源污染控制途径，但在我国缺乏研究，制约着这种途径的推广应用。本项目拟采用野外条件下的净化模拟试验与理论分析相结合的方法，研究植被过滤带的净化作用机理，探索植物物种及其配置方式、植被生长发育状况、植被过滤带坡度、带宽、水文条件及污染物特性等因素对植被过滤带净化效果的影响，建立净化效果与主要影响因素之间的耦合定量关系及数学模拟模型，探讨数学模型在植被过滤带设计中的应用，并开展实例研究。本项目的研究成果将为植被过滤带这一新型非点源污染控制的生态工程措施在我国的应用与推广提供科学依据，具有显著的生态环境与社会效益。

要从根本上解决水污染问题，必须高度重视非点源污染的控制和治理。植被过滤带是位于污染源与水体之间的植被带，可以有效地拦截、滞留泥沙和削减氮、磷等污染物的入河负荷量，显著降低非点源污染的影响。它具有费用较低、多方受益、适应性强等特点，是一种科学有效的非点源污染控制途径，已是控制非点源污染的“最佳管理措施”之一，但植被过滤带技术在我国的研究与应用尚不多，满足不了我国非点源污染控制的迫切需要。本项目通过野外条件下的径流模拟试验、结合理论分析的方法，探索植物物种及其配置方式、入流流量、带宽、坡度、入流污染物浓度及土壤初始含水率等因素对植被过滤带净化效果的影响，建立净化效果与主要影响因素之间的定量关系，提出植被过滤带对泥沙和非点源污染物净化效果的模拟模型，探讨植被过滤带规划设计的适宜方法。本研究取得的主要成果主要有：（1）对植被过滤带净化效果的影响因素进行了研究，分析了植物物种及其配置方式、入流流量、带宽、坡度、入流污染物浓度及土壤初始含水率等因素对植被过滤带净化效果的影响，并分析了其净化机理。（2）定量分析了植被过滤带净化效果与影响因素之间的关系，得出植被过滤带影响因子的关联度由大到小排序为：流量因素>带宽因素>植被条件>SS入流浓度因素>土壤初始含水量因素。植被过滤带净化效果与其带宽关系为对数函数的关系；植被过滤带对非点源污染物的浓度削减率与入流流量为幂函数的关系。（3）构建了植被过滤带对颗粒态和溶解态污染物净化效果的模拟模型，验证其模拟偏差大部分在±20%之内，其中对颗粒态污染物的模拟精度较高，可用于植被过滤带设计的参考。（4）对植被过滤带的设计方法进行了探讨，植被过滤带宜采用乔灌草相结合的立体结构，带宽的设计可采用本项目所建立的数学模型等方法，陕西黑河水源区的实例分析表明，所建模型是可行的。本项目研究表明，植被过滤带对非点源污染物的入河量有很好的消减作用，具有重要的现实意义和良好的应用前景。