多孔介質(zhì)中污染物運移及彌散系數(shù)對流速依賴性實驗研究.pdf

1、由于多孔介質(zhì)的復(fù)雜性、空間變異性及多尺度性，其污染物運移機理及定量計算仍然是水文地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域挑戰(zhàn)性的問題。本文在收集、整理國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個長200cm，寬10cm，高3cm的有機玻璃六面體，分別裝填不同粒徑的石英砂和不同圓曲率的石英砂、白玉石、玻璃珠，以惰性的亮藍(lán)作為示蹤劑，模擬多孔介質(zhì)中水流及污染物運移行為。采用數(shù)字成像與Matlab圖像處理技術(shù)進(jìn)行圖片校正處理分析，建立亮藍(lán)濃度與圖片RGB之間的定量關(guān)系以確定溶質(zhì)濃度

2、。不僅做出某一距離處的濃度-時間穿透曲線，且做出某一時刻的濃度-距離穿透曲線，并運用ADE的解析解分別對其進(jìn)行擬合，以便更全面的了解污染物的時空變化。此外，本文通過實驗數(shù)據(jù)詳細(xì)地研究了不同條件下彌散系數(shù)D與流速v的定量關(guān)系，不僅分析了顆粒性質(zhì)對其關(guān)系的影響，同時也研究了實驗室尺度對其影響。分析多孔介質(zhì)水流與溶質(zhì)運移影響因素及規(guī)律，得到主要結(jié)論如下:
　　(1)研發(fā)了利用拍照法進(jìn)行多孔介質(zhì)污染運移實時監(jiān)測技術(shù)，準(zhǔn)確度高。利用取樣法與

3、拍照法對比，檢驗拍照法的準(zhǔn)確度。通過實驗，發(fā)現(xiàn)兩者相關(guān)系數(shù)R2為0.9964，說明拍照法精度較高，同時解決了因傳統(tǒng)取樣檢測方法往往導(dǎo)致污染物質(zhì)量不守恒的難題。
　　(2)不同模擬實驗條件下，地下水平均流速與水力梯度的關(guān)系符合傳統(tǒng)的達(dá)西定律。通過水力實驗我們發(fā)現(xiàn)流速v與水力梯度J成線性關(guān)系，且線性相關(guān)系數(shù)R2值較高，不同實驗條件下其值均大于0.99。
　　(3)分別得到不同實驗條件下污染物濃度隨時間以及濃度隨距離的穿透曲線，建

4、立了對流彌散方程，獲得了解析解，發(fā)現(xiàn)盡管在達(dá)西流條件下，不同模擬介質(zhì)中穿透曲線與模型擬合總體精度較好，但均會出現(xiàn)早到與拖尾現(xiàn)象，即出現(xiàn)了非費克運移，且這種現(xiàn)象隨著粒徑的增大及圓曲率的減小而更明顯。
　　(4)不同條件下彌散系數(shù)D的值受多種因素影響，其值隨著粒徑的增大、流速的增大和運移距離的增大而增大，而隨圓曲率的增大而減小，表明彌散系數(shù)具有一定的尺度依賴性。
　　(5)發(fā)現(xiàn)實驗條件下彌散系數(shù)D與流速v的關(guān)系呈現(xiàn)明顯的雙對數(shù)線