本文關(guān)鍵詞：低滲透介質(zhì)中-維溶質(zhì)運(yùn)移實(shí)驗(yàn)與模擬研究　出處：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,地下水的污染越來(lái)越嚴(yán)重,而污染物在土壤中的運(yùn)移不僅受到物理、化學(xué)、生物等多種活動(dòng)的支配,還受土壤質(zhì)地、孔隙結(jié)構(gòu)、空間變異的影響。為探究溶質(zhì)在土壤中的運(yùn)移規(guī)律,許多學(xué)者做了相關(guān)研究,但這些研究主要集中在中高滲透介質(zhì)中,對(duì)于低滲透介質(zhì)中的污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的相關(guān)研究還很少。低滲透介質(zhì)中滲流表現(xiàn)出一定的非達(dá)西現(xiàn)象,基于達(dá)西定律的對(duì)流——彌散方程(CDE)在描述溶質(zhì)運(yùn)移時(shí)或許不再適用,為了探索低滲透介質(zhì)中溶質(zhì)運(yùn)移規(guī)律,尋找描述溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程的最佳數(shù)學(xué)模型,有必要對(duì)低滲透介質(zhì)溶質(zhì)運(yùn)移進(jìn)一步研究。為了使研究更加全面,本文開(kāi)展了多種因素影響下低滲透介質(zhì)中一維溶質(zhì)穿透及淋濾實(shí)驗(yàn)研究,分別為同直徑不同介質(zhì)長(zhǎng)度、同介質(zhì)長(zhǎng)度不同直徑及螺紋內(nèi)壁三種條件下的溶質(zhì)運(yùn)移及實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中測(cè)量滲透流速并采用便攜式電導(dǎo)率儀測(cè)量滲出液電導(dǎo)率值,繪制溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程中電導(dǎo)率變化曲線,在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析滲透流速在穿透及淋濾階段的變化規(guī)律,探索溶質(zhì)的運(yùn)移規(guī)律。獲取各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后分別采用對(duì)流——彌散方程(CDE)、兩區(qū)模型(TRM)、隨機(jī)對(duì)流——彌散模型(SC)和連續(xù)時(shí)間隨機(jī)游走模型(CTRW)擬合溶質(zhì)運(yùn)移穿透曲線,得到相關(guān)的模型參數(shù)。通過(guò)對(duì)比不同條件下的擬合結(jié)果及對(duì)擬合參數(shù)的分析,總結(jié)低滲透介質(zhì)中短土柱溶質(zhì)運(yùn)移規(guī)律。獲取穿透曲線的擬合參數(shù)后,結(jié)合淋濾實(shí)驗(yàn)的滲透速率,計(jì)算出各土柱的彌散系數(shù),將相關(guān)參數(shù)輸入模型,利用CDE、TRM、SC和CTRW預(yù)測(cè)土柱的淋濾過(guò)程,將預(yù)測(cè)值與觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析。綜合各模型在穿透及淋濾過(guò)程中的擬合效果,分析模型的優(yōu)缺點(diǎn)并對(duì)擬合結(jié)果的差異做機(jī)理分析,在上述基礎(chǔ)上提出能較好描述低滲透介質(zhì)中溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)本文的研究,得到以下結(jié)論：1.低滲透介質(zhì)溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程中滲透流速經(jīng)歷了平穩(wěn)期——下降期——平穩(wěn)期三個(gè)階段。下降期的出現(xiàn)一方面是由于將NaCl溶液換為自來(lái)水后,水力梯度不變,而溶液濃度減小,土柱所受的水壓力減�。涣硪环矫鎿Q溶液過(guò)程中土體經(jīng)過(guò)卸荷為零后再加荷的過(guò)程,粘土變形后形成的新孔隙結(jié)構(gòu)的連通性和直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原來(lái)的孔隙通道,使粘土的滲透特性大大降低,當(dāng)土體結(jié)構(gòu)形成新的穩(wěn)定狀態(tài)后,滲透流速又會(huì)趨于穩(wěn)定。2.土柱直徑、介質(zhì)長(zhǎng)度及內(nèi)壁粗糙度會(huì)影響滲透流速。穿透階段：直徑越大,滲透流速越快；介質(zhì)越長(zhǎng),流速越慢；內(nèi)壁粗糙的土柱中的滲流速率明顯小于內(nèi)壁光滑的土柱。淋濾階段：土柱直徑和介質(zhì)長(zhǎng)度對(duì)速率的影響與穿透階段相反,內(nèi)壁粗糙度對(duì)其影響極小。3. CDE、TRM、SC和CTRW在描述低滲透介質(zhì)中不同條件下穿透過(guò)程時(shí)擬合效果都較好,土柱中溶質(zhì)穿透過(guò)程基本是Fick運(yùn)移。穿透過(guò)程：CDE和TRM擬合出的彌散度尺度效應(yīng)較明顯；SC擬合效果雖好,但彌散度與其它方法相差甚遠(yuǎn)；CTRW中vψ的擬合結(jié)果顯示土柱直徑會(huì)影響溶質(zhì)粒子的平均運(yùn)移速度與水流平均速度的關(guān)系：小直徑土柱中溶質(zhì)粒子的平均運(yùn)移速度小于水流的平均流速(CDE中v),反之。四個(gè)模型中,CTRW在一定程度上彌散度的尺度效應(yīng)不明顯,其擬合效果最好。4.低滲透介質(zhì)中溶質(zhì)運(yùn)移的淋濾過(guò)程表現(xiàn)了明顯的拖尾現(xiàn)象,CDE, TRM和SC對(duì)淋濾過(guò)程的預(yù)測(cè)效果都不好。TRM不同條件下預(yù)測(cè)效果不同：同直徑不同介質(zhì)長(zhǎng)度條件下,TRM的預(yù)測(cè)效果受可動(dòng)水體含量變化影響,不同直徑同介質(zhì)長(zhǎng)度條件下,TRM的預(yù)測(cè)效果隨著土柱直徑的增大而變好。SC對(duì)淋濾的預(yù)測(cè)效果相對(duì)CDE和TRM稍好,預(yù)示著淋濾過(guò)程中溶質(zhì)在低滲透介質(zhì)中的運(yùn)移小范圍內(nèi)可能存在部分流管模式的運(yùn)移。5.CTRW是四種方法中的擬合效果最好的。淋濾階段,小直徑土柱中的預(yù)測(cè)效果明顯比大直徑中的好,CTRW更適合預(yù)測(cè)低滲透介質(zhì)中小直徑土柱的溶質(zhì)淋濾過(guò)程。此外,CTRW淋濾的預(yù)測(cè)效果受土柱中優(yōu)先流的影響較大：優(yōu)先流明顯條件下,CTRW更適合于短土柱的淋濾過(guò)程預(yù)測(cè),而優(yōu)先流不明顯或不存在條件下,該方法更適合于長(zhǎng)土柱。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X131.3

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