[发明专利]一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法

说明书

本发明公开了一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，属于水文地质技术领域，在野外现场构建含有示踪剂投放源以及若干观测孔的试验场地；通过将电导率和水压力传感器布设在观测孔中，利用标定的研究区地下水体电导率与示踪剂浓度的相关曲线将监测所得电导率数据转换为示踪剂浓度，利用GMS软件搭建与试验平台对应的数值模型，通过拟合示踪剂浓度‑时间序列数据获取现场尺度下强风化层弥散度。本发明综合搭建了强风化层弥散度现场尺度试验平台和相应数值模型，实时观测孔地下水中示踪剂浓度变化情况，并通过数值模型拟合获取强风化层弥散度，精度较高。

技术领域

本发明属于水文地质技术领域，一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法。

背景技术

弥散度是表征地下水中溶质迁移能力的重要指标，是预测地下水污染情况的重要参数。目前传统测定方法为土柱法或砂槽法，土柱法只能测定一维流的弥散度，砂槽法只能测定一维流下二维弥散度，与野外实际情况相差很大，且也不能反映溶质运移过程中弥散度在各个方向的关系。

目前，强风化层弥散度的确定方法尚无统一标准，且现场尺度的确定方法尚未见报导。因此，强风化层现场尺度弥散度试验测定方法具有重要的理论和实践意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，可以实时监测现场所研究强风化层中示踪剂运移情况，并通过数值模型拟合获取强风化层中的弥散度，精度较高且较为方便。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种强风化层弥散度现场尺度试验测定方法，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：