松散巖類孔隙介質(zhì)水動力彌散規(guī)律及其空間尺度效應研究.pdf

1、水動力彌散系數(shù)為表征污染物在含水層中遷移、分布的重要參數(shù)。國內(nèi)外大量研究發(fā)現(xiàn)，該參數(shù)隨研究時間、空間范圍變化而具有尺度效應。如果能夠準確把握第四系松散巖類孔隙含水介質(zhì)水動力彌散規(guī)律及其空間尺度效應變化規(guī)律，無疑將有助于為該類含水介質(zhì)地下水的溶質(zhì)運移數(shù)值模擬和污染防治提供基本參數(shù)和理論依據(jù)。本文在總結(jié)國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上，分別采用室內(nèi)模擬試驗、現(xiàn)場彌散試驗及數(shù)值模擬方法，對松散巖類孔隙含水介質(zhì)水動力彌散規(guī)律及其尺度效應進行了研究。
　

2、　(1)室內(nèi)彌散試驗結(jié)果表明:①滲透性較好的松散沉積物中，溶質(zhì)濃度不是彌散系數(shù)確定的主要控制因素，當溶質(zhì)由510mg/L增至2040mg/L時，彌散系數(shù)僅增加1.1～15.7％。②調(diào)整孔隙介質(zhì)骨架構(gòu)成，試驗柱體彌散度隨砂柱中粘土混合比例增加而降低，粒徑為0.25～0.5mm砂彌散度為4.48cm，隨混入粒徑5～50μm粘土體積比由1/9增至1/5，介質(zhì)平均彌散度降至2.97～1.845cm。③確定的孔隙含水介質(zhì)中，滲流速度為水動力彌散系

3、數(shù)的主要影響因素，調(diào)整彌散柱體滲流速度由0.026cm/min增至0.051 cm/min，彌散系數(shù)增大了2.29～2.32倍。④彌散空間尺度效應僅存在于非均質(zhì)孔隙介質(zhì)較遠距離運移過程中，實驗室采用粒度分布較均勻孔隙介質(zhì)進行的短距離彌散試驗，實質(zhì)為模擬均勻介質(zhì)的水動力彌散過程，不會出現(xiàn)彌散空間尺度效應。平均粒徑0.25～0.5mm砂及砂混粘土（平均粒徑5～50μm）在運移距離為0.8～1.2m時進行水動力彌散試驗，彌散度隨示蹤劑遷移距離

4、增加基本保持穩(wěn)定。
　　(2)現(xiàn)場彌散試驗結(jié)果顯示，示蹤劑投加孔下游1m、10m和40m運移范圍確定的縱向水動力彌散度分別為0.069m、0.519m和0.969m。隨溶質(zhì)運移距離增加10～40倍，彌散度增大7.5～14倍，研究區(qū)水動力彌散空間尺度效應明顯。
　　(3)結(jié)合現(xiàn)場彌散系數(shù)隨運移距離變化特點，根據(jù)分維度公式確定研究區(qū)彌散度αL與運移距離L滿足函數(shù)關(guān)系αL=10-1.122·L0.733。根據(jù)該函數(shù)關(guān)系，可估算研究

5、區(qū)不同運移距離彌散度，為同類型含水介質(zhì)溶質(zhì)運移模擬參數(shù)選取提供依據(jù)。
　　(4)根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)條件，采用Modflow軟件建立數(shù)值模型對現(xiàn)場彌散試驗進行模擬，結(jié)果表明:受彌散空間尺度效應影響，以現(xiàn)場1m及40m溶質(zhì)運移距離確定的彌散度作為模型參數(shù)均無法較好的模擬示蹤劑投放孔下游40m位置濃度隨時間變化的實測情況。采用研究區(qū)彌散度分維度公式求取40m運移距離算術(shù)平均彌散度α，以α作為模型彌散度進行溶質(zhì)運移模擬，模擬結(jié)果可較客觀地反