松散巖類孔隙介質水動力彌散規(guī)律及其空間尺度效應研究.pdf

1、水動力彌散系數為表征污染物在含水層中遷移、分布的重要參數。國內外大量研究發(fā)現，該參數隨研究時間、空間范圍變化而具有尺度效應。如果能夠準確把握第四系松散巖類孔隙含水介質水動力彌散規(guī)律及其空間尺度效應變化規(guī)律，無疑將有助于為該類含水介質地下水的溶質運移數值模擬和污染防治提供基本參數和理論依據。本文在總結國內外文獻的基礎上，分別采用室內模擬試驗、現場彌散試驗及數值模擬方法，對松散巖類孔隙含水介質水動力彌散規(guī)律及其尺度效應進行了研究。
　

2、　(1)室內彌散試驗結果表明:①滲透性較好的松散沉積物中，溶質濃度不是彌散系數確定的主要控制因素，當溶質由510mg/L增至2040mg/L時，彌散系數僅增加1.1～15.7％。②調整孔隙介質骨架構成，試驗柱體彌散度隨砂柱中粘土混合比例增加而降低，粒徑為0.25～0.5mm砂彌散度為4.48cm，隨混入粒徑5～50μm粘土體積比由1/9增至1/5，介質平均彌散度降至2.97～1.845cm。③確定的孔隙含水介質中，滲流速度為水動力彌散系

3、數的主要影響因素，調整彌散柱體滲流速度由0.026cm/min增至0.051 cm/min，彌散系數增大了2.29～2.32倍。④彌散空間尺度效應僅存在于非均質孔隙介質較遠距離運移過程中，實驗室采用粒度分布較均勻孔隙介質進行的短距離彌散試驗，實質為模擬均勻介質的水動力彌散過程，不會出現彌散空間尺度效應。平均粒徑0.25～0.5mm砂及砂混粘土（平均粒徑5～50μm）在運移距離為0.8～1.2m時進行水動力彌散試驗，彌散度隨示蹤劑遷移距離

4、增加基本保持穩(wěn)定。
　　(2)現場彌散試驗結果顯示，示蹤劑投加孔下游1m、10m和40m運移范圍確定的縱向水動力彌散度分別為0.069m、0.519m和0.969m。隨溶質運移距離增加10～40倍，彌散度增大7.5～14倍，研究區(qū)水動力彌散空間尺度效應明顯。
　　(3)結合現場彌散系數隨運移距離變化特點，根據分維度公式確定研究區(qū)彌散度αL與運移距離L滿足函數關系αL=10-1.122·L0.733。根據該函數關系，可估算研究

5、區(qū)不同運移距離彌散度，為同類型含水介質溶質運移模擬參數選取提供依據。
　　(4)根據現場水文地質條件，采用Modflow軟件建立數值模型對現場彌散試驗進行模擬，結果表明:受彌散空間尺度效應影響，以現場1m及40m溶質運移距離確定的彌散度作為模型參數均無法較好的模擬示蹤劑投放孔下游40m位置濃度隨時間變化的實測情況。采用研究區(qū)彌散度分維度公式求取40m運移距離算術平均彌散度α，以α作為模型彌散度進行溶質運移模擬，模擬結果可較客觀地反