[发明专利]基于多孔介质三维微观结构模型的DNAPL迁移数值模拟方法

说明书

本发明提供了一种基于多孔介质三维微观结构模型的DNAPL迁移数值模拟方法，通过建立了正四棱锥的三维微观结构模型，利用可见光微观成像技术通过可见光对半透明多孔介质的孔隙度进行准确测定，接着用多孔介质三维微观结构的模型计算出渗透率和毛管进入压力。基于对半透明多孔介质渗透率和毛管进入压力的精确测定，用相对梯度误差定量评估典型单元体的尺度。用UTCHEM建立重非水相污染物迁移模型，以REV作为网格尺度对二维半透明多孔介质进行剖分，从而提高DNAPL迁移的模拟精度，实现对模型剖分网格的定量化确定。本方法实现了对多孔介质性质和网格尺度的更准确的定量确定，在对DNAPL在含水层中的迁移乃至修复过程的准确模拟和制定相应的污染物修复方案具有较强的适用性。

技术领域

本发明涉及一种重非水相污染物，具体涉及一种DNAPL迁移数值模拟方法。

背景技术

随着工农业的快速发展，人类活动释放出越来越多的重非水相污染物(densenonaqueous phase liquid DNAPL)进入到自然界中。这些泄漏出的DNAPL溶解度低、密度比水大，进入含水层后DNAPL会一直向含水层深部入渗迁移，且容易滞留于低渗透性介质之上形成污染池而残留。由于DNAPL如四氯乙烯(perchloroethylene，PCE)和多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)的化学性质稳定、溶解度很低、毒性大、有致癌作用，所以含水层中残留的DNAPL会对地下水环境造成长期的污染，对生态系统人类的健康会造成严重的危害。当DNAPL进入地下环境后，其在含水层中的迁移和修复过程会受到介质性质(如渗透率和毛管进入压力)、非均质性及相应的尺度效应的很大影响，如图1所示，图中横坐标表示测量尺度L，可以看出，多孔介质的性质随测量尺度的变化，REV位于中间区段。因此，在进行DNAPL在含水层中迁移的模拟及制定修复方案之前，对含水层多孔介质的非均质性的准确测定及典型单元体(representative elementary volume，REV)的定量评估是必不可少的重要环节

为了对DNAPL在地下水环境中的复杂迁移行为进行研究，一般实验中通常让水和污染物在半透明石英砂中进行迁移，并对半透明石英砂中DNAPL的浓度进行实时监测，然而半透明石英砂的性质却很难测定，使得石英砂材料的性质对DNAPL的迁移的影响难以确定。随着科技的发展，x射线、γ射线等非侵入式高精度技术在测定材料微观结构性质方面的应用越来越广泛。x射线、γ射线在测定材料性质、多孔介质中流体的饱和度方面已有大量的应用，然而在实际测量中，材料样品尺寸通常要求非常小，从而方便x射线和γ射线穿透材料。同时，在应用x射线、γ射线技术时，需要复杂的设备、较多的能源，操作时放射性风险很大，流程繁杂。近年来出现了一种新的基于可见光透射成像技术，如可见光微观成像技术(light transmission micro-tomography，LTM)和光透法(light transmissionvisualization，LTV)，则可以实现对半透明多孔介质中的水、污染物的含量及半透明材料本身的性质的快捷、经济、高效的准确测定。另一方面，自然界中一切多孔介质都可以看成是分形的，通过分形的方法已经对多孔介质的迂曲度、渗透率、热传导率等进行了大量的研究。但是这些分形方法对多孔介质的研究仅限于理论角度，构建的多孔介质的微观结构模型大多只是理想的二维模型，然而实际的多孔介质微观结构是三维的，因此实际测量中多孔介质的性质则难以用目前的分形方法进行准确获取。此外，通常DNAPL迁移的数值模型对含水层的剖分的网格的尺度则是按照定性的方式来确定，带有很大的随意性。因此，目前的可见光成像技术和分形方法都无法对实际中的半透明多孔介质如半透明石英砂的关键参数(渗透率、毛管进入压力)及相应的REV进行定量化准确测定。这会使得多孔介质的性质和DNAPL在多孔介质中迁移的数值模型的网格剖分尺度难以定量确定，从而导致模拟出现误差。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种高效精确的基于多孔介质三维微观结构模型的DNAPL迁移数值模拟方法。

技术方案：本发明提供了一种基于多孔介质三维微观结构模型的DNAPL迁移数值模拟方法，包括以下步骤：