[發明專利]基于多孔介質三維微觀結構模型的DNAPL遷移數值模擬方法

有效

• 申請號: 201711018115.3
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107808049B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 吳劍鋒;吳鳴;吳吉春
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐瑩

本發明提供了一種基于多孔介質三維微觀結構模型的DNAPL遷移數值模擬方法，通過建立了正四棱錐的三維微觀結構模型，利用可見光微觀成像技術通過可見光對半透明多孔介質的孔隙度進行準確測定，接著用多孔介質三維微觀結構的模型計算出滲透率和毛管進入壓力。基于對半透明多孔介質滲透率和毛管進入壓力的精確測定，用相對梯度誤差定量評估典型單元體的尺度。用UTCHEM建立重非水相污染物遷移模型，以REV作為網格尺度對二維半透明多孔介質進行剖分，從而提高DNAPL遷移的模擬精度，實現對模型剖分網格的定量化確定。本方法實現了對多孔介質性質和網格尺度的更準確的定量確定，在對DNAPL在含水層中的遷移乃至修復過程的準確模擬和制定相應的污染物修復方案具有較強的適用性。

技術領域

本發明涉及一種重非水相污染物，具體涉及一種DNAPL遷移數值模擬方法。

背景技術

隨著工農業的快速發展，人類活動釋放出越來越多的重非水相污染物(densenonaqueous phase liquid DNAPL)進入到自然界中。這些泄漏出的DNAPL溶解度低、密度比水大，進入含水層后DNAPL會一直向含水層深部入滲遷移，且容易滯留于低滲透性介質之上形成污染池而殘留。由于DNAPL如四氯乙烯(perchloroethylene，PCE)和多環芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)的化學性質穩定、溶解度很低、毒性大、有致癌作用，所以含水層中殘留的DNAPL會對地下水環境造成長期的污染，對生態系統人類的健康會造成嚴重的危害。當DNAPL進入地下環境后，其在含水層中的遷移和修復過程會受到介質性質(如滲透率和毛管進入壓力)、非均質性及相應的尺度效應的很大影響，如圖1所示，圖中橫坐標表示測量尺度L，可以看出，多孔介質的性質隨測量尺度的變化，REV位于中間區段。因此，在進行DNAPL在含水層中遷移的模擬及制定修復方案之前，對含水層多孔介質的非均質性的準確測定及典型單元體(representative elementary volume，REV)的定量評估是必不可少的重要環節

為了對DNAPL在地下水環境中的復雜遷移行為進行研究，一般實驗中通常讓水和污染物在半透明石英砂中進行遷移，并對半透明石英砂中DNAPL的濃度進行實時監測，然而半透明石英砂的性質卻很難測定，使得石英砂材料的性質對DNAPL的遷移的影響難以確定。隨著科技的發展，x射線、γ射線等非侵入式高精度技術在測定材料微觀結構性質方面的應用越來越廣泛。x射線、γ射線在測定材料性質、多孔介質中流體的飽和度方面已有大量的應用，然而在實際測量中，材料樣品尺寸通常要求非常小，從而方便x射線和γ射線穿透材料。同時，在應用x射線、γ射線技術時，需要復雜的設備、較多的能源，操作時放射性風險很大，流程繁雜。近年來出現了一種新的基于可見光透射成像技術，如可見光微觀成像技術(light transmission micro-tomography，LTM)和光透法(light transmissionvisualization，LTV)，則可以實現對半透明多孔介質中的水、污染物的含量及半透明材料本身的性質的快捷、經濟、高效的準確測定。另一方面，自然界中一切多孔介質都可以看成是分形的，通過分形的方法已經對多孔介質的迂曲度、滲透率、熱傳導率等進行了大量的研究。但是這些分形方法對多孔介質的研究僅限于理論角度，構建的多孔介質的微觀結構模型大多只是理想的二維模型，然而實際的多孔介質微觀結構是三維的，因此實際測量中多孔介質的性質則難以用目前的分形方法進行準確獲取。此外，通常DNAPL遷移的數值模型對含水層的剖分的網格的尺度則是按照定性的方式來確定，帶有很大的隨意性。因此，目前的可見光成像技術和分形方法都無法對實際中的半透明多孔介質如半透明石英砂的關鍵參數(滲透率、毛管進入壓力)及相應的REV進行定量化準確測定。這會使得多孔介質的性質和DNAPL在多孔介質中遷移的數值模型的網格剖分尺度難以定量確定，從而導致模擬出現誤差。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種高效精確的基于多孔介質三維微觀結構模型的DNAPL遷移數值模擬方法。

技術方案：本發明提供了一種基于多孔介質三維微觀結構模型的DNAPL遷移數值模擬方法，包括以下步驟：