[發明專利]一種強風化層彌散度現場尺度試驗測定方法

有效

• 申請號: 202110593679.X
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113484210B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 陳舟;王錦國;周志芳;竇智;楊蘊;王振亞
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N13/04;G01N27/06;G01N31/16;E02D1/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

1.一種強風化層彌散度現場尺度試驗測定方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)利用現場鉆孔和地下水位觀測確定現場地下水主流向；

2)選擇地表平整的區域作為試驗場地，在強風化層中沿地下水主流向布置示蹤劑投放孔和觀測孔，另在地下水主流方向的側向布置觀測孔；測試鉆孔和觀測孔地下水水位；

3)采取現場地下水體，用其配置不同濃度的示蹤劑-氯化鈉樣品，利用電導率儀測試氯化鈉樣品的電導率值，并利用硝酸銀滴定法測定氯化鈉樣品中氯離子濃度，建立電導率值和氯離子濃度標準曲線；

4)將監測探頭布設在示蹤劑投放孔和監測孔中，確保監測孔中有一個監測探頭位于初始地下水位以下，將監測探頭與數據采集器連接；

5)配置固定濃度的示蹤劑置于容器中，實驗開始后將示蹤劑泵入示蹤劑投放孔中；利用所述監測探頭連續監測水體的電導率和水壓力；利用電導率值和氯離子濃度標準曲線將地下水體中的電導率監測數據轉換為氯離子濃度數據；

6)示蹤劑投放孔中的示蹤劑沿著地下水流向通過對流彌散向前運移；描述地下水流動過程的為非均值各向異性等效連續介質地下水非穩定流方程，描述地下水中示蹤劑運移的方程為對流彌散方程，具體如下：非均值各向異性等效連續介質地下水非穩定流方程為：

式中：K_x，K_y，K_z，為x，y，z方向滲透系數，m/d；H為地下水水頭，m；W為單位時間從單位體積含水層流入或流出的水量，1/d；μ為給水度，無量綱；t-時間，d；Ω為滲流區域；B₁為水頭已知邊界，第一類邊界；H(x,y,z)為坐標為(x,y,z)處的地下水水頭；H₁(x,y,z,t)，任意大于零時刻，坐標(x,y,z)處的含水層邊界地下水水頭為H₁，m；B₂為流量已知邊界，第二類邊界；K為滲透系數，m/d；n是法線方向向量；q(x,y,z,t)為任意大于零時刻，坐標(x,y,z)處的含水層第二類邊界單位面積過水斷面補給流量為q，m/d；

示蹤劑在地下水流中的對流彌散方程如下：

式中：R-阻滯系數；θ-介質孔隙度；C-地下水中示蹤劑質量濃度，g/L；t-時間，d；D-水動力彌散系數，m²/d；α-彌散度，單位：m；ν-地下水滲流速度，m/d；

建立與現場試驗對應數值模型并擬合試驗參數：利用GMS(Groundwater ModelingSystem)軟件搭建與試驗平臺對應的數值模型，按照試驗的物理邊界設置數值模型邊界，包括試驗場地四周的水文地質邊界條件、地下水初始流場和初始氯離子濃度，考慮示蹤劑在地下水中的對流與彌散作用，通過擬合試驗數據獲取強風化層現場尺度彌散度。

2.根據權利要求1所述的一種強風化層彌散度現場尺度試驗測定方法，其特征在于：所述的步驟1)中，在現場利用至少三口井確定地下水主流方向，井的深度穿透目標層-強風化層，位于強風化層的井壁上設置孔眼，作為水井的花管過濾器。

3.根據權利要求1所述的一種強風化層彌散度現場尺度試驗測定方法，其特征在于：所述的步驟2)中，投放孔和觀測孔的深度穿透強風化層到達弱風化層，側面觀測孔與主流向的夾角應不大于15°，距離投放孔直線距離2m處。

4.根據權利要求1所述的一種強風化層彌散度現場尺度試驗測定方法，其特征在于：所述的步驟3)中，用于標定標準曲線的氯化鈉樣品數應不少于五組，電導率值和氯離子濃度標準曲線的決定系數不低于0.99。

5.根據權利要求1所述的一種強風化層彌散度現場尺度試驗測定方法，其特征在于：所述的步驟4)中，孔內監測探頭有一個位于初始地下水位10cm以下，另外一個位于強風化層中，自動記錄電導率/水壓力值的頻率不低于10次/小時。

6.根據權利要求1所述的一種強風化層彌散度現場尺度試驗測定方法，其特征在于：所述的步驟5)中，應先往投放孔中投入固體氯化鈉以使得孔中地下水中的電導率迅速上升至配置的示蹤劑電導率，試驗期間確保投放孔中的水位穩定。

7.根據權利要求1所述的一種強風化層彌散度現場尺度試驗測定方法，其特征在于：所述的步驟6)中，示蹤劑濃度的單位要與步驟5)中的一致，擬合的相關系數不低于0.9。