隨著人們對環境問題重視的不斷加深，各種水污染治理技術相繼出現，其中人工濕地（CWs）被證實是一種低成本、生態化的污水處理技術，在國內外的研究和應用十分廣泛。2010年，環保部發布了《人工濕地污水處理工程技術規范》，標志著CWs技術在我國水處理領域的工程化應用進入了規范階段。

人工濕地除污效率受到多種因素影響，包括氣候溫度、基質微生物、植物種類、運行方式等，對此國內外相關研究頗多。另外，水力條件的改變會影響人工濕地污水的停留時間、污染物與基質的有效接觸面積等，從而對人工濕地除污效果起到關鍵作用。目前，應用廣泛的潛流人工濕地的水流方式需要通過人為控制來進行調整，對其水力條件的研究顯得更為重要，也逐步受到重視。但是，關于人工濕地水力條件的影響因素及其優化方法的研究成果相對零散。因此，筆者著重歸納分析人工濕地水力學的研究方法和影響水力條件的主要因素，為提升人工濕地對污染物去除效果提供一定借鑒。

1 潛流人工濕地水力學研究方法

潛流人工濕地內水的流態屬于多孔介質流。但是，在人工濕地基質中，錯綜復雜的根系導致其周圍極易出現紊流，所以其水力特征很難用滲流研究中的成熟理論來描述。目前，人工濕地水力學研究方法主要包括理論分析法、數值模擬法和實驗法。

1．1 理論分析法

理論分析法是利用流動模型假設，給出所研究問題的解析解或簡化方程。當潛流水的流動狀態為層流時，人工濕地的水力學方程可采用達西公式表述；當滲流的雷諾數Re＞10時，對水流的擾動作用已不能忽視，一般則可采用厄剛（Ergun）公式來描述。隨著潛流人工濕地理論研究的深入，多種水力學模型相繼被提出：Kadelc提出了理想推流模型（PFM），Florent提出了彌散推流模型（DPFM），Han等人提出了多流彌散模型（MFDM），Deans提出了連續完全混合反應器模型（CSTRM）。這些模型對濕地構造、運行方式、和水力學參數的選擇等方面提供了一定的借鑒。1．2 數值模擬法

數值模擬法通過數值計算和圖像顯示對流場問題進行研究。隨著紊流理論的發展和計算機計算能力的提高，數值模擬方法有了較大的發展。其中，計算流體力學技術將實驗研究與理論分析方法聯系起來，使很多簡化流動模型的方法得到發展和完善，為人工濕地水動力模擬和數學建模分析提供了有效手段。例如，范立維采用計算流體力學（CFD）對潛流人工濕集水區對水力學性能的影響進行了數值模擬研究，結果表明在平均停留時間相差不大的情況下，散度成為潛流人工濕地水力效率的主要影響因素；肖海文對人工濕地水力停留時間分布進行了模擬研究，通過比較分析水力停留時間分布的早期高峰、峰值集中和尾部傾斜拖長等流態特征，結果表明活塞流反應器并聯完全混合反應器模型處理效果最好。

1．3 實驗法

實驗法是人工濕地水力學研究中最常用的方法，它是利用示蹤表征相應的水流運動，對其分析后得到水流運動的規律性。其基本原理是在系統進水中瞬時加入示蹤劑脈沖，繪出系統出水中示蹤劑濃度隨時間的響應曲線（RTD），以判斷濕地系統短流、死區比例以及水力效率。Florent等將活塞流離散模型和多釜串聯模型運用到潛流人工濕地水力學研究中，通過示蹤劑實驗指出其更適合模擬潛流人工濕地中的非理想流動。王久賢對白泥坑人工濕地水力學計算進行了研究，由示蹤劑試驗確定了系統中水力停留時間分布（RTD），提出RTD的不同是濕地處理效率差異的主要原因。

2 潛流人工濕地水力學特征描述

潛流人工濕地水力學特征參數主要包括水深、流量、水力負荷、水力停留時間（HRT）等。

水深對濕地內部的氧含量影響較大，是濕地植物生長，微生物繁殖的制約因素，溶解氧過低將使氨氧化過程受到影響，因此對水深的控制尤其重要。

水力負荷是通過單位面積的水流體積。在不同的水力負荷條件下，濕地的污水處理效果差異很大：水力負荷過高，水力停留時間縮短，污水處理效果相應降低。這是因為水力負荷過高時，植物根系、微生物、基質對污染物的接觸面積過低，不能充分發揮濕地系統的去污能力。

HRT與人工濕地處理效率密切相關。HRT時間過短，污染物與植物、微生物和基質的接觸時間較短，生化反應不充分，從而導致處理效果不佳。反之，HRT過長，容易引起污水滯留、厭氧區域擴大以及基質堵塞等問題。因此，HRT是影響人工濕地污染物去除效率的重要因素。

此外，水力條件還能直接或間接改變人工濕地的物理化學性質，如氧化還原電位、pH值等。

根據上述水力指標對人工濕地的影響，人們提出了能綜合分析影響人工濕地污染物去除效率的指標——水力效率，例如，王世和等研究了水力條件對人工濕地處理效果的影響，通過測定分析水深、水力負荷、水力停留時間等對人工濕地中的COD、懸浮物、氨氮等去除效果的影響及其規律，探明了各自凈化機理。國外也有很多學者提出了衡量人工濕地水力效率的指標，如Tact提出的短路值，Thackston提出的有效體積比等。

3 潛流人工濕地水力學特征的影響因素

3．1 濕地構造

濕地結構是影響潛流人工濕地水力學特征的一大因素。Garcia等通過示蹤劑實驗研究了長寬比對潛流人工濕地水流運動的影響，結果表明長寬比增加，會導致水力停留時間增加、活塞流比例升高、死區率降低。Alcocer等研究了長寬比對潛流人工濕地水力效率的影響，發現較大的長寬比可以降低短流影響，提高水力效率。Holland［22］等通過染料示蹤劑實驗研究了水深對潛流人工濕地水力效率的影響，實驗結果表明增大水深有助于提高水力效率。

3．2 基質

基質種類、尺寸以及填充方式對潛流人工濕地水力特征均有影響。William等研究了粗礫、豆礫以及砂三種填料的蘆葦潛流人工濕地水力傳導性，實驗結果表明豆礫是潛流人工濕地填料較好的選擇，其水力傳導性較好，不易堵塞。Alcocer等通過示蹤劑實驗研究了基質粒徑等對潛流人工濕地水力學性能的影響，結果表明，較小的粒徑可以增加水力停留時間，減少短流，但會降低活塞流比例。Suliman等研究了基質裝填方式對潛流人工濕地水力學性能的影響，結果顯示填料分層裝填可以提高濕地除污效率。

3．3 濕地植物

King等研究了植物根部結構和微生物膜對人工濕地水體流態的影響，結果顯示單一因素并不能完全表征其對人工濕地水流的影響。Grismer等通過示蹤劑實驗研究了植物對潛流人工濕地水流彌散的影響，認為植物加深了水流彌散程度。Eva等研究了植物根區對潛流人工濕地水流運動的影響，認為植物的蒸發作用對水流運動有著較大影響。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

3．4 運行方式

Suliman等研究了進出水位置對潛流人工濕地水力學性能的影響，結果顯示不同進出水方式使得水力停留時間不同，導致濕地處理效果迥異。宋新山等研究了不同布水方式對水平潛流人工濕地水力效率的影響，發現對流擴散模型能夠較好模擬一般推流、波流、對角流，基于對流擴散機制的疊加模型能夠較好模擬多向入流、多點進水類型的人工濕地。

4 存在的問題

目前，潛流人工濕地水力學特性的研究中普遍采用示蹤劑模擬實驗方法分析水流規律，但是該方法存在一定缺陷，涉及到示蹤劑及其注入方法的選擇等諸多問題，有必要利用更先進的研究方法來探討潛流人工濕地水力學特性。

潛流人工濕地水力學性能影響因素，如濕地構造、基質類型及尺寸、濕地植物和運行方式等對水力停留時間的影響，是目前主要的研究內容，但大部分研究都停留在觀測分析各因素對水力停留時間分布（RTD）曲線形狀的影響方面，鮮有根據RTD擬合模型進行模擬計算。此外，在人工濕地實際工程應用中，濕地基質堵塞是一個經常發生的問題，而上述水力因素與基質堵塞之間的關系也鮮有研究。