【新华日报】江苏吹响水科技创新“集结号”

发布时间:2020-11-25

1112日至13日,习近平总书记先后来到我省南通、扬州等地,深入长江和运河岸线、水利枢纽等,就贯彻落实党的十九届五中全会精神、统筹推进常态化疫情防控和经济社会发展工作等进行调研。

为落实习近平总书记关于长江经济带建设“共抓大保护、不搞大开发”和“保护好、传承好、利用好大运河”的重要指示精神,我省高校科研院所积极重视水科技创新,促进长江经济带和大运河岸线水资源科学利用,用科技力量做好“水文章”。

给南水北调排灌泵站注入“生命活力”

南水北调东线工程利用京杭大运河及与其平行的河道输水,把长江水北送天津、东送山东半岛,输水主干线全长1156公里,一期工程于201312月通水,年调水规模约90亿立方米。其创造了世界上规模最大的泵站群——东线泵站群工程,其高质量运行闪耀着被誉为“水利高层次创新创业人才培养摇篮和水利科技创新重要基地”的河海大学专家们的智慧。

南水北调工程东线工程覆盖的平原地区排灌泵站机组存在启动困难、效率低下、过流部件空蚀腐蚀破坏严重等问题,无法有效满足灌排、供水、防洪等需求,成为灌溉排涝急需解决的重大问题。能源与电气学院教授郑源主持的“南水北调东线大型泵站机组优化与稳定性关键技术研究及应用”,针对此类问题开展攻关研究。

“开发高性能、低扬程的水泵模型存在一系列技术难题,如缺乏先进的水力模型设计理论,可能遭受由海水倒灌引起的氯离子腐蚀等。”郑源教授介绍,经过十多年的科研攻关,研究团队在平原地区调水排灌机组优化与稳定性关键技术及应用方面,取得了一系列突破性成果,成功破解了造成设备运行效率低下、大修频繁、严重影响排灌机组运行可靠性和服役寿命的难题。

“研究中,我们创建了泵站机组过渡过程全三维数值模拟方法,研发了排灌机组过流部件成分、结构、性能一体化设计的防护涂层,提高了机组运行寿命,保障了机组运行安全,填补了国内非晶防护涂层用于灌溉泵防护领域的空白,在低扬程水泵全流道三维过渡过程的计算及非晶涂层抗空蚀腐蚀方面达到了国际领先水平。”郑源教授告诉记者,该项研究带动了国内平原地区排灌机组设计理论、安全运行技术及流量测试方法研究的发展,对提高我国平原地区排灌机组设计、运行与管理水平具有重要意义。

研究成果已应用于南水北调东线淮安一站、淮安三站等60余个大型供、排水工程。实测表明,机组效率较同期最好水平提高了约6%;应用三维过渡过程成果指导泵站运行,开停机成功率从70%提高到100%;复杂不规则断面流道测流精度由传统测流方法误差±3%提高到±1.2%;采用抗空蚀防腐蚀涂层材料防护,可使水力机械常用不锈钢的损伤减小60%以上,使用寿命可延长3-5倍,产生了明显的经济效益和巨大的社会、环境效益。 

“湿地净化尾水”提高水资源利用效率

南水北调工程中建了很多污水处理厂,其尾水的回用对提高水资源的利用率具有重要意义。如何对有回用价值的尾水进行净化处理?河海大学研究生院常务副院长、博士生导师华祖林教授领衔的课题组对“湿地净化尾水”进行了深入探究。

“南水北调东线工程是解决我国北方地区水资源严重短缺的重大战略举措。”华祖林教授介绍,为保障调水水质,江苏投资133亿元,先后实施了2305项治污项目,形成了“治、截、导、用、整”一体化的治污工程体系。为进一步降解尾水中的污染物浓度、提高工程沿线对尾水的资源化利用率,我省在已建尾水导流工程中设置了一系列人工湿地,通过有效的水源涵养建设,增强水体自净能力,提高水资源利用。“从东线输水干线苏北地区来看,节水就是减排,节水就是治污,通过人工湿地加强尾水净化越来越重要。”华祖林告诉记者,课题组从三个方面探究了推广尾水深度处理及资源化利用的有效途径。

生态湿地净化尾水效果的季节性变化特征研究:观测不同季节生态湿地的水温、pH、溶解氧、水位、进水量、水生植物全生育期生长过程的变化特征;估算不同季节人工湿地对污染物去除效率;阐明生态湿地对水体水质净化能力的季节性差异特征。

湿地污染物净化能力对不同污染负荷的响应机制:从野外人工湿地基地中筛选不同水生植物类型,作为室内实验的供试植物;通过室内实验,研究水生植物对不同污染程度水体和处理水量的净化能力;建立植物各阶段生长特征参数对水质污染程度和处理水量的响应关系;揭示生态湿地污染物净化能力对不同污染负荷的响应机制。

生态湿地最大水环境承载能力研究:建立人工湿地污染物动力学模型;利用尾水生态湿地处理效果的季节性变化特征和污染水平响应机制研究成果,提出生态湿地最大水环境承载能力计算方法;利用污染物动力学模型,计算生态湿地全年各季节最大污水处理负荷等。

“项目创新点主要体现在,解析了湿地污染物净化能力对不同污染负荷的响应机制,构建了湿地污染物动力学模型,以污水处理负荷最大为目标函数,以湿地安全稳定运行为约束条件,提出人工湿地最大水环境承载能力计算方法,得到不同污染物最大水环境承载能力。”华祖林教授透露,该项研究成果已经在525亩湿地中进行了实际应用,出水水质能稳定达到《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005),对提高人工湿地净化尾水及资源化利用水平起到了示范作用。

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