[發(fā)明專利]一種評價無填充粗糙單裂隙中污染物運移特性的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611146515.8
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106596335B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴云峰;周志芳;韓江波;林錦
• 申請（專利權(quán)）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院;河海大學(xué)
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種評價無填充粗糙單裂隙中污染物運移特性的方法，其特征在于，具體包括：確定污染物種類和溶解性；利用分形理論建立粗糙單裂隙模型；基于有限單元法建立無填充粗糙單裂隙數(shù)值模型；針對可溶性污染物利用對流?彌散方程評價污染物在裂隙中的運移過程；針對非水相液體污染物利用水平集法評價污染物在裂隙中的運移過程。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：1、本發(fā)明可實現(xiàn)評價可溶性污染物在裂隙中的運移特性；2、本發(fā)明可實現(xiàn)評價非水相液體污染物在裂隙中的運移特性；3、本發(fā)明獲得的污染物在裂隙中運移參數(shù)可作為地下水污染修復(fù)的基礎(chǔ)參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種評價無填充粗糙單裂隙中污染物運移特性的方法，屬于污染物運移特性評價技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

地下水污染是當(dāng)前地下水資源面臨的重大問題，解決地下水污染問題需要解決污染物在含水層介質(zhì)中運移和修復(fù)兩大難題，準(zhǔn)確評價污染物在含水層介質(zhì)中的運移特性是進(jìn)行地下水污染有效修復(fù)的基本前提。含水層按介質(zhì)類型主要分為孔隙含水層、裂隙含水層和巖溶含水層，孔隙含水層中污染物運移及修復(fù)問題研究最早，成果也最為豐富，但是裂隙含水層和巖溶含水層的高度非均質(zhì)各向異性一直是困擾水文地質(zhì)學(xué)界研究裂隙和巖溶中污染物運移和修復(fù)的難題。

污染物在裂隙介質(zhì)中的運移可以在許多不同尺度上來考慮，在極其接近現(xiàn)場的尺度就是污染源附近的單一裂隙，具有填充的裂隙往往等效為多孔介質(zhì)來考慮，但是非填充的粗糙單裂隙中水流和溶質(zhì)運移機理與多孔介質(zhì)的運移機理完全不同。大部分學(xué)者將非填充粗糙裂隙基于局部立方定律進(jìn)行等效，雖然取得較好的研究成果，但是無法準(zhǔn)確評價粗糙裂隙面對水流和污染物運移過程影響。

地下水污染物主要包括合成有機化合物、烴類、無機陽離子、無機陰離子、病菌以及放射性核素等。地下水污染物按溶解性可以分為可溶性污染物和非水相液體污染物，由于非填充裂隙中水流方程不再滿足達(dá)西定律，故兩者在非填充粗糙裂隙中的運移機理完全不同，如何運用合理的水流及溶質(zhì)運移控制方程準(zhǔn)確評價無填充粗糙單裂隙中污染物運移特性是急需攻克的難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：建立平均隙寬和粗糙度不同的二維無填充單裂隙；評價可溶性污染物在飽和無填充粗糙單裂隙中的運移特性，尤其評價平均隙寬和裂隙粗糙度對穿透曲線的影響；評價非水相液體污染物在飽和無填充粗糙單裂隙中的運移特性，重點評價平均隙寬和裂隙粗糙度對污染物穿透飽和無填充裂隙的影響。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種評價無填充粗糙單裂隙中污染物運移特性的方法，其特征在于，具體包括：確定污染物種類和溶解性；利用分形理論建立粗糙單裂隙模型；基于有限單元法建立無填充粗糙單裂隙數(shù)值模型；針對可溶性污染物利用對流-彌散方程評價污染物在裂隙中的運移過程；針對非水相液體污染物利用水平集法評價污染物在裂隙中的運移過程。

優(yōu)選地，所述利用分形理論建立粗糙單裂隙模型包括利用人造二維裂隙；所述人造二維裂隙的建立由控制裂隙面特性的系統(tǒng)生成，改變粗糙裂隙的平均隙寬，通過增加分形維數(shù)生成一系列粗糙度增加的單裂隙模型。

優(yōu)選地，所述基于有限單元法建立無填充粗糙單裂隙數(shù)值模型包括利用有限單元法基于多物理場數(shù)值計算平臺COMSOL中的計算流體動力學(xué)模塊建立無填充粗糙單裂隙二維數(shù)值模型，所述無填充粗糙單裂隙二維數(shù)值模型使用三角單元進(jìn)行剖分。

優(yōu)選地，針對可溶性污染物利用對流-彌散方程評價污染物在裂隙中的運移過程包括如下步驟：改變裂隙平均隙寬和粗糙度，在建立的無填充粗糙單裂隙數(shù)值模型中利用Navier-Stokes水流控制方程模擬無填充二維粗糙單裂隙中水流，再將Navier-Stokes水流控制方程與溶質(zhì)對流-彌散方程耦合，最終評價平均隙寬和裂隙粗糙度對污染物穿透曲線的影響。