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

1、水動(dòng)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(guó)內(nèi)外大量研究發(fā)現(xiàn)，該參數(shù)隨研究時(shí)間、空間范圍變化而具有尺度效應(yīng)。如果能夠準(zhǔn)確把握第四系松散巖類(lèi)孔隙含水介質(zhì)水動(dòng)力彌散規(guī)律及其空間尺度效應(yīng)變化規(guī)律，無(wú)疑將有助于為該類(lèi)含水介質(zhì)地下水的溶質(zhì)運(yùn)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(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分別采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)彌散試驗(yàn)及數(shù)值模擬方法，對(duì)松散巖類(lèi)孔隙含水介質(zhì)水動(dòng)力彌散規(guī)律及其尺度效應(yīng)進(jìn)行了研究。
　

2、　(1)室內(nèi)彌散試驗(yàn)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(dāng)溶質(zhì)由510mg/L增至2040mg/L時(shí)，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(yàn)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(dòng)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(yīng)僅存在于非均質(zhì)孔隙介質(zhì)較遠(yuǎn)距離運(yùn)移過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室采用粒度分布較均勻孔隙介質(zhì)進(jìn)行的短距離彌散試驗(yàn)，實(shí)質(zhì)為模擬均勻介質(zhì)的水動(dòng)力彌散過(guò)程，不會(huì)出現(xiàn)彌散空間尺度效應(yīng)。平均粒徑0.25～0.5mm砂及砂混粘土（平均粒徑5～50μm）在運(yùn)移距離為0.8～1.2m時(shí)進(jìn)行水動(dòng)力彌散試驗(yàn)，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(chǎng)彌散試驗(yàn)結(jié)果顯示，示蹤劑投加孔下游1m、10m和40m運(yùn)移范圍確定的縱向水動(dòng)力彌散度分別為0.069m、0.519m和0.969m。隨溶質(zhì)運(yùn)移距離增加10～40倍，彌散度增大7.5～14倍，研究區(qū)水動(dòng)力彌散空間尺度效應(yīng)明顯。
　　(3)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)彌散系數(shù)隨運(yùn)移距離變化特點(diǎn)，根據(jù)分維度公式確定研究區(qū)彌散度αL與運(yùn)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(yùn)移距離彌散度，為同類(lèi)型含水介質(zhì)溶質(zhì)運(yùn)移模擬參數(shù)選取提供依據(jù)。
　　(4)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)條件，采用Modflow軟件建立數(shù)值模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)彌散試驗(yàn)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明:受彌散空間尺度效應(yīng)影響，以現(xiàn)場(chǎng)1m及40m溶質(zhì)運(yùn)移距離確定的彌散度作為模型參數(shù)均無(wú)法較好的模擬示蹤劑投放孔下游40m位置濃度隨時(shí)間變化的實(shí)測(cè)情況。采用研究區(qū)彌散度分維度公式求取40m運(yùn)移距離算術(shù)平均彌散度α，以α作為模型彌散度進(jìn)行溶質(zhì)運(yùn)移模擬，模擬結(jié)果可較客觀地反