[发明专利]全过程通量守恒的现场土壤溶质运移弥散系数测定的方法

摘要

本发明公开了一种全过程通量守恒的现场土壤溶质运移弥散系数测定的方法。首先进行地下水流场识别，确定地下水中溶质在土壤中运动的主要和次要迁移方向；然后基于溶质的通量守恒，建立模拟土壤溶质运动的数学模型；确定数学模型的现场实验条件；在控制边界条件下，以注入源的形式注入非转化型溶质，采用径向流动观测方式，测定非转化型溶质在主要和次要迁移方向上浓度随时间变化的情况；绘制弥散系数与孔隙平均流速的关系图并分析土壤和孔隙平均流速对弥散系数的影响，基于非转化型溶质全过程的通量守恒确定弥散系数。本发明建立数学模型，模拟土壤溶质运动，易于操作、测量精度高，实验模型容易搭建，条件易于实现，样本丰富多样，结果直观。

主权项

一种全过程通量守恒的现场土壤溶质运移弥散系数测定的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对饱和带地下水进行流场识别，确定饱和带地下水中的溶质在土壤中运动的主要和次要迁移方向；(2)根据步骤(1)中确定的溶质的主要和次要迁移方向，基于溶质的通量守恒原理，建立模拟土壤溶质运动的数学模型；所述的模拟土壤溶质运动的数学模型为：u＝Q/(2πrhn0)                        式(2)D＝BVA                            式(3)式中：c表示注入非转化型溶质浓度，t为时间坐标，u为水流的孔隙流速，x、y为方向坐标，αL、αT分别表示沿x方向和沿y方向的动力弥散扩展度，r表示测点距径向观测孔距离，Q为控制孔非转化型溶质注入强度，h为含水层厚度，n0为含水层有效孔隙率，D为弥散系数，V为平均孔隙流速，A、B为与介质特征有关的常数；(3)确定步骤(2)中的模拟土壤溶质运动的数学模型的现场实验条件；(4)在控制边界条件下，以注入源的形式注入非转化型溶质，采用径向流动观测方式，测定非转化型溶质在主要和次要迁移方向上浓度随时间变化的情况；非转化型溶质在径向流动监测点的浓度为：t′rmax＝(a2+4)1/2‑2                   式(6)tr'＝t/tc                             式(7)其中，tr'为相对时刻，t为从非转化型溶质注入时间，tc为在纯对流情况下非转化型溶质由注入孔到达径向观测孔的时间，为tr'的前一个时刻，a为径向相对位置，cr(a,tr')为tr'时刻径向相对位置a的浓度，K为径向最大移动相对距离，t'rmax为达到径向最大相对移动距离的相对时刻；(5)根据步骤(4)中的实验结果绘制弥散系数与孔隙平均流速的关系图并分析土壤和孔隙平均流速对弥散系数的影响，基于非转化型溶质全过程的通量守恒原理确定弥散系数。