径向流弥散试验及其参数的确定.pdf

径向流弥散试验及其参数的确定 A n a l y s i s o ft h eR a d i a lF l o wD i f f u s i o nT e s t a n di t sP a r a m e t e rC a l c u l a t i o n 杨德贵1 ，杨飞1 ，宋立志2 ( 1 河南省水文地质工程地质勘察院，郑州4 5 0 0 4 5 ；2 中国水电建设集团国际工程有限公司，北京1 0 0 0 4 4 ) Y A N G D e - g u i l ，Y A N GF e i l ，S O N G L i 碰2 ( 1 H e n a n P r o v i n c e H y d r o g e n l o g y a n d E n g i n e e r i n g E x p l o r a t i o n I n s t i t u t e ，Z h e n g z h o n4 5 0 0 4 5 ，C h i n a ； 2 S i n o h y d r o C o r p o r a t i o n L i m i t e d ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a ) 【摘 要】环境影响评价项目多数都要时地下水做专项调查报告，野外弥散试验又是地下水专项调查报告的核心文章以周口隆 达发电有限公司扩建工程地下水专项调查项目的野外弥散试验为依据，确定了地下水含水层的弥散参数，为准确可靠的地下水污染 预测模型提供依据。对地下水环境影响评价具有实际意义 【A b s t r a c t T h e m a j o r i t y o f p r o j e c t s o nt h e e n v i r o n m e n t a l i m p a c t a s s e s s m e n t s h o u l d b e m a d e a s p e c i a l i n v e s t i g a t i o n r e p o r t o n g r o u n d w a t e r 。 f i e l d d i f f u s i o n e x p e r i m e n i s t h e c o r e o f t h e s p e c i a l i n v e s t i g a t i o n r e p o r t o n g r o u n d w a t e r 。B a s e d o n t h e f i e l d d i f f u s i o n e x p e r i m e n t o f g r o u n d w a t e r s p e c i a l i n v e s t i g a t i o n p r o j e c t s i n e x p a n s i o n p r o j e c to f Z h o u k o u L o n g d a P o w e r g e n e r a t i o n C O L T D ，t h e d i f f u s i o n p a r a m e t e r s o f t h e g r o u n d w a t e r a q u i f e r i s d e t e r m i n e d 。T h e d i f f u s i o n p a r a m e t e r s p r o v i d e t h e b a s i s f o r a c c u r a t e a n d r e l i a b l e p r e d i c t i o n m o d e l o f g r o u n d w a t e r p o l l u t i o n , a n d m a k e t h e p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e f o r 8 r o u n d w a t e r e n v i r o n m e n t a l i m p a c t a s s e s s m e n t 【关键词】径向流；弥散试验；弥散系数 【K e y w o r d s r a d i a lf l o w ；d i s p e r s i o n e x p e r i m e n t ；d i s p e r s i o n d e g r e e 0 0 图分类号 X 1 4 3 【文献标志硼B【文章编号】1 0 0 7 9 4 6 7 ( 2 0 1 3 ) 1 0 - 0 0 4 0 0 3 J 厶- J L 1 刖舌 自2 0 11 年6 月环境保护部实施环境影响评价技术导 则地下水环境： ( 以下简称 导则：) 以来，环境影响评价项目 多数都要对地下水做了专项调查报告，野外弥散i 式验又是地 下水专项调查报告的襁厶。 对于野外弥散试验，国内外学者主要将弥散试验分为三 大类进行研究：一维渗流一维弥散、一维渗流二维弥散、径向 【作者简介】杨德贵( 1 9 8 4 。) 女，河南驻马店人，工程师，从事水文 地质的勘察和研究，( 电子信箱) y d 9 6 0 2 3 16 3 c o m 。 4 0 水动力弥散I I 】。无论是一维渗流一维弥散试验还是一维渗流二 维弥散实验，般都是在天然流场下进行。尽管这类方法能够 获得较准确的含水层弥散参数，但在地下水水位平缓。水力坡 度较小的情况下，试验将很难进行。相比较而言，径向流弥散 试验时在抽水或注水所形成的人工流场下进行的，它适用于 水力坡度较小，地下水平缓的情况。 本文以周口隆达发电有限公司扩建工程地下水专项调查 项目的径向流弥散试验为依据，确定了地下水含水层的弥散 参数，为准确可靠的地下水污染预测模型提供依据，对地下水 环境影响评价具有实际意义。 万方数据 2 水文地质条件 本次研究的对象为5 0 m 以浅的松散岩类孔隙水。本区地 表被第四系冲积层所覆盖，地层结构简单。根据钻探资料( 见 图1 ) ，O 3 4 m 为粉土与粉质黏土互层；3 4 3 9 m 为细砂( 试 验目的层) ，层厚1 3 8 1 m ；以下为粉质黏土。地下水水位埋 深2 3 m ，地下水流向从轲矧匕。单位涌t K 量，J 、于10 0 0 m V d ， 富水性中等。水化学类型主要为H C 0 3 C a 型水；矿化度小于 l O O O m g t , ，p H 值7 3 8 7 8 2 。本区主要补给来源为大气降水的 入渗补给，排泄方式主要为人工开采及蒸发。 缓纺缓缓彩勃缓缓黝l缓戮彩勿彩缓彩黝缓 ； 一搿。，：) ，。 ，j ， ，”譬 爱 多一n 囊 瑟五么幺彤Z 蝴Z Z 粥Z L z , 7 1 2Z 似Z ! t ，搿Z 删弘碱， z 蛳z 竹z 爱 ， ；磁；i 黧麓箱! 缁：i 籀聪缓 ；i i ；5 ；茹妊4 ；”i j 2 ，；! 勰貔g 锄喾 z 删彤觞簪；髟彩；乡形猁澎笏彩影笏澎甏嬲笏 丝 糍 冀9 “ 蕴獯一 荔 。 图1 水文地质剖面图 3 径向流弥散实验 3 1 试验井孔布置 现场弥散试验井孔布设如图2 。z 井为抽水主井，G 2 为示 踪剂注入井，G 。为观测井。z 井距观测井( G 。) 5 6 m ，G 。井距主 井( G 2 ) 5 9 6 m 。3 口井均为井径4 0 c m ，井深4 0 m 的完整井；成 井后先进行洗井，使井壁孔隙畅通。 3 2 示踪剂的选择、配制及投放要求 示踪剂必须满足如下要求：示踪剂无毒或毒性很小，其试 验浓度不会危害人体健康；示踪剂和地下水混合后，在要 求的时空范围内，应保持化学稳定性，并且不改变地下 水的物理性质、渗透速度及流向；示踪剂的投放与检测仪 器应简单、操作方便田。本次采用定浓度的氯化钠田作为示踪 剂。 本次示踪剂溶液是用质量为8 k g 配制而成，浓度为 4 0 9 L 的N a C I 溶液。试验时将示踪剂通过塑料管快速瞬 时注入G 2 孔所在的含水层中，并尽可能使溶液上下均 匀混合。 建筑与结构设计I 肿 妇c 日r d _ - d S 眦舶o f k l 一l 3 3 试验数据监测要求 示踪剂溶液投放后，每各一定时间在G 。观测孔中用电导 率仪测定地下水中c l 浓度，绘制c 1 - - , 浓度随时间的变化曲线。 现场试验的延续时间根据c l 啵度随时间的变化关系曲线具 体确定，要求地下水的c l 傲度从背景值达到峰值并且再次逐 渐降低到起始背景值。 薯会井弛菪芦 抽查升 h 顶石_ 一 图2 弥散试验井子L 布置示意图 3 4 试验过程 现场弥散试验要满足径向收敛流场数学模型的假设条 件，在注入示踪剂前，必须保证径向流场已达到稳定状态。因 此在做弥散试验前，先对抽水井z 以1 2 5 m 3 h 进行定流量抽 水，当z 井、G 。井、G 2 井的水位达到稳定后，再进行弥散试验。 z 井、G 。井、G 2 井的稳定水位埋深分别为3 6 7 ，2 6 9 ，2 6 8 m 。G l 井和G 2 井的水力坡度约O 1 6 8 。 在投放示踪剂前，先测出试验场地c l 一本底值为 g m g L 。 本次弥散试验历时13 6 8 m i n ，c l 诫度随时间的变化过程见图 3 。从图3 中可以看出，试验开始后滴1 8 m i a ，观测孔中C l - 浓 度检测出并逐渐升高，在8 8 m i n 后观察孔中c l 榷度达到峰 值，之后逐渐降回到背景浓度。 ；。0 。，： 主5 0 0 + * C I 离J 黼 鹫手 石：j一 ， ” 图3 观测孔G 1 中C | _ 浓度变化曲线图 4 数学模型的建立 对于径向流弥散实验，法国学者J P S a u t y 深入研究了连 续注入和瞬时注入情况下的收敛流场和发散流场两种情况。 其中，拟稳定条件下注入示踪剂的径向弥散问题的解析解 相对较为简单，求参方法较容易，使用也较多，径向弥散 较容易确定。因此，本次现场弥散实验的溶质运移问题，概化 为平面瞬时注 二维径向收敛弥散。其数学模型如下： 4 1 万方数据 f 鲁“等+ l uI 軎( 哮) + 1 址，1 o a j ，甜a c ，l 臣 I k = 毫产宅孔一I 舍J 尘等垃在R 处 悟学+ 争c 以p 炉 喇丌帐- 8 0 靠书a 在吼处 l 一2 嘶槲ly e o i c x = r 飙 卜彘 l 警蚂 式中，A = - 五；c 为示踪剂浓度；为抽水井井径；r 为极坐 6 形7 乡 、j ，j 二笾 Z 三么 I。l- 06 图4 弥散实验配线结果图 5 2 阻尼最d x - 乘法优选法 本方法只需要个观测井的示踪剂浓度变化资料，根据最 优化理论和最小二乘法原理，得到线性方程组。有时遇到该 方程组点数很小的情况，给解该方程组带来定的困难，这时 加人个阻尼因子，使得该方程组的点数元素大小适中，便可 以求得所需的水动力弥散参数值。具体过程见文献【5 】。 通过此方法计算，本次弥散实验纵向弥散度为1 4 7 m 。 6 结语 本次径向流弥散实验取得了比较满意的结果，其弥龟i 5 参数 计算所采用的标准曲线配合法彻勘兰最，J 、二乘法粥龆螭瞅簸 适用，且j 桴辫利麴饼琴虢弥挺翊金具有流速稳定且能人为控制、 示踪剂溶质信息检测成功率高、试划甜脆等优点；但其中关 键是要选择好示踪剂溶液浓度爿间配赇胁爿冰萤酣吠小。黼 【参考文献】 【1 】田巍，朱国荣，张世杰，等摩：德市白庙子村第四系含水层弥散试验 及氟污染研究田勘察科学技术，2 0 1 0 ，3 ( 3 ) ：5 4 - 5 8 【2 】曹剑锋，迟宝明，王文科，等专门水文地质学 q 北京：科学出版 社，2 0 0 6 【3 】汪海在潜水中进行野外弥散求取水平弥散系数探讨m 广西地质 1 9 9 5 ( 9 ) ：7 1 7 4 【4 】J P S A U T Y I D E N T