基于成像法的粗糙裂隙中溶質(zhì)非費(fèi)克運(yùn)移機(jī)理研究.pdf

1、粗糙裂隙水流及溶質(zhì)運(yùn)移研究對(duì)深部地下工程及地下水污染防治、放射性核廢料的地質(zhì)處置等具有重要的指導(dǎo)意義。然而由于基巖裂隙介質(zhì)的強(qiáng)烈空間變異性,其溶質(zhì)運(yùn)移十分復(fù)雜,目前無論在理論研究方面還是在實(shí)際應(yīng)用中都出現(xiàn)了許多問題。已經(jīng)被證實(shí),在裂隙巖體中普遍存在非費(fèi)克(Non-Fickian)運(yùn)移行為,傳統(tǒng)意義上溶質(zhì)運(yùn)移的理論基礎(chǔ)一費(fèi)克定律(Fick)以及由此所導(dǎo)出的對(duì)流-彌散方程(ADE)受到了越來越多的質(zhì)疑。如何對(duì)裂隙系統(tǒng)中溶質(zhì)Non-Ficki

2、an運(yùn)移現(xiàn)象進(jìn)行理論上的解釋和擬合是目前環(huán)境和工程領(lǐng)域一個(gè)至關(guān)重要的問題。
　　 本課題在歸納總結(jié)自然界裂隙粗糙度分布特征的基礎(chǔ)上,考慮到溶質(zhì)Non-Fickian運(yùn)移的影響因素和表現(xiàn)形式,設(shè)計(jì)了基巖粗糙裂隙地下水污染物溶質(zhì)運(yùn)移實(shí)驗(yàn)室物理模型;用分辨率為2304×3456的數(shù)字相機(jī)實(shí)時(shí)采集溶質(zhì)運(yùn)移圖像,對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析,將圖像信息轉(zhuǎn)化為溶質(zhì)濃度信息,得到溶質(zhì)穿透曲線(BTC);利用ADE模型和連續(xù)時(shí)間隨機(jī)游走步長(zhǎng)(CTRW)

3、理論中的截?cái)鄡绾瘮?shù)(TPL)模型對(duì)溶質(zhì)穿透曲線(BTC)進(jìn)行擬合對(duì)比,對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了初步探討;分析溶質(zhì)非費(fèi)克運(yùn)移的影響因素。得出主要結(jié)論如下:
　　 (1)用亮藍(lán)作溶質(zhì)示蹤劑,基于其可見性,用成像技術(shù)實(shí)時(shí)采集溶質(zhì)運(yùn)移圖像、分析圖像得到溶質(zhì)穿透曲線的方法直觀可靠、操作方便、信息容量大;
　　 (2)觀察溶質(zhì)污染羽形狀特征發(fā)現(xiàn):裂隙的產(chǎn)狀、粗糙度以及流速是影響溶質(zhì)運(yùn)移的主要因素;
　　 (3)用ADE和TPL同時(shí)

4、擬合溶質(zhì)穿透曲線(BTC)發(fā)現(xiàn):TPL模型能較好地?cái)M合穿透曲線拖尾現(xiàn)象,而ADE方程擬合精度較差,這表明可以用CTRW理論解釋溶質(zhì)非費(fèi)克運(yùn)移機(jī)理;
　　 (4)TPL模型中的參數(shù)β在一定程度上反應(yīng)了溶質(zhì)運(yùn)移的非費(fèi)克程度,分析β值隨著裂隙產(chǎn)狀、粗糙度及流速的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn):水流的流速越大,β的值越小,即非費(fèi)克程度越高;裂隙的相對(duì)粗糙度越大,β的值越小,即非費(fèi)克程度越高;非均質(zhì)性較強(qiáng)的裂隙產(chǎn)狀,如矩形裂隙的β值較低,即非費(fèi)克程度高。<