[发明专利]一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法

权利要求书

1.一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用现场钻孔和地下水位观测确定现场地下水主流向；

2)选择地表平整的区域作为试验场地，在强风化层中沿地下水主流向布置示踪剂投放孔和观测孔，另在地下水主流方向的侧向布置观测孔；测试钻孔和观测孔地下水水位；

3)采取现场地下水体，用其配置不同浓度的示踪剂-氯化钠样品，利用电导率仪测试氯化钠样品的电导率值，并利用硝酸银滴定法测定氯化钠样品中氯离子浓度，建立电导率值和氯离子浓度标准曲线；

4)将监测探头布设在示踪剂投放孔和监测孔中，确保监测孔中有一个监测探头位于初始地下水位以下，将监测探头与数据采集器连接；

5)配置固定浓度的示踪剂置于容器中，实验开始后将示踪剂泵入示踪剂投放孔中；利用所述监测探头连续监测水体的电导率和水压力；利用电导率值和氯离子浓度标准曲线将地下水体中的电导率监测数据转换为氯离子浓度数据；

6)示踪剂投放孔中的示踪剂沿着地下水流向通过对流弥散向前运移；描述地下水流动过程的为非均值各向异性等效连续介质地下水非稳定流方程，描述地下水中示踪剂运移的方程为对流弥散方程，具体如下：非均值各向异性等效连续介质地下水非稳定流方程为：

式中：K_x，K_y，K_z，为x，y，z方向渗透系数，m/d；H为地下水水头，m；W为单位时间从单位体积含水层流入或流出的水量，1/d；μ为给水度，无量纲；t-时间，d；Ω为渗流区域；B₁为水头已知边界，第一类边界；H(x,y,z)为坐标为(x,y,z)处的地下水水头；H₁(x,y,z,t)，任意大于零时刻，坐标(x,y,z)处的含水层边界地下水水头为H₁，m；B₂为流量已知边界，第二类边界；K为渗透系数，m/d；n是法线方向向量；q(x,y,z,t)为任意大于零时刻，坐标(x,y,z)处的含水层第二类边界单位面积过水断面补给流量为q，m/d；

示踪剂在地下水流中的对流弥散方程如下：

式中：R-阻滞系数；θ-介质孔隙度；C-地下水中示踪剂质量浓度，g/L；t-时间，d；D-水动力弥散系数，m²/d；α-弥散度，单位：m；ν-地下水渗流速度，m/d；

建立与现场试验对应数值模型并拟合试验参数：利用GMS(Groundwater ModelingSystem)软件搭建与试验平台对应的数值模型，按照试验的物理边界设置数值模型边界，包括试验场地四周的水文地质边界条件、地下水初始流场和初始氯离子浓度，考虑示踪剂在地下水中的对流与弥散作用，通过拟合试验数据获取强风化层现场尺度弥散度。

2.根据权利要求1所述的一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，其特征在于：所述的步骤1)中，在现场利用至少三口井确定地下水主流方向，井的深度穿透目标层-强风化层，位于强风化层的井壁上设置孔眼，作为水井的花管过滤器。

3.根据权利要求1所述的一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，其特征在于：所述的步骤2)中，投放孔和观测孔的深度穿透强风化层到达弱风化层，侧面观测孔与主流向的夹角应不大于15°，距离投放孔直线距离2m处。

4.根据权利要求1所述的一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，其特征在于：所述的步骤3)中，用于标定标准曲线的氯化钠样品数应不少于五组，电导率值和氯离子浓度标准曲线的决定系数不低于0.99。

5.根据权利要求1所述的一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，其特征在于：所述的步骤4)中，孔内监测探头有一个位于初始地下水位10cm以下，另外一个位于强风化层中，自动记录电导率/水压力值的频率不低于10次/小时。

6.根据权利要求1所述的一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，其特征在于：所述的步骤5)中，应先往投放孔中投入固体氯化钠以使得孔中地下水中的电导率迅速上升至配置的示踪剂电导率，试验期间确保投放孔中的水位稳定。

7.根据权利要求1所述的一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，其特征在于：所述的步骤6)中，示踪剂浓度的单位要与步骤5)中的一致，拟合的相关系数不低于0.9。