Journal of Hydraulic Engineering 1998年第8期No8 1998 地下水.DOCVIP

水 利 学 报Journal of Hydraulic Engineering1998年 第8期 No.8 1998 地下水弥散系数的野外试验新方法 丁家平　李樟苏(南京水利科学研究院) 　　摘　要　弥散系数是地下水污染数学模型的基本参数.本文提出一种获得纵向和横向弥散度的野外试验新方法.该法能很好地控制野外试验的水位和流场形态，提高地下水坡降，且方便可行.同时还介绍一种与配线法不同的，用联立方程迭代求解的弥散度新算法.　　关键词　纵向弥散度，横向弥散度，弥散试验，地下水污染，示踪剂. 　　地下水弥散系数是地下水污染数学模型的重要参数，它能通过实验室土柱试验，野外弥散示踪试验或利用数量足够的水质常期观测资料反求参数得到.通常试验得到的是弥散度，再转换成弥散系数.室内试验所用土样是搅动土，难与天然含水层的状况一致；在野外做弥散试验比较可靠，但耗资大，技术比较复杂，国内做得少；利用计算机根据地下水浓度观测资料反求参数似较易实现，但其结果的可靠性取决于观测资料的正确性，观测孔分层施工的质量，还要求观测孔数量多和较长时间的观测，民用井的观测资料往往粗略分层不符要求.就目前水平而言，求弥散系数的理论和方法还未达到成熟的地步.本文提出了一种野外试验方法，还介绍一种不同于配线法的纵向和横向弥散度计算法. 1　几种野外试验法概述　　(1)Mercado的单井注入、回抽法［1］［2］是一种简单的纵向弥散度试验；　　(2)双井抽水、注水试验［3］；　　(3)单井注水，多井观测试验［4］；　　以上几种野外试验法通常可以用径向弥散方程描述，得出纵向弥散度.　　(4)双排井注水、抽水试验是Sauty提出的［5］，该方法能在较大范围内形成一维水流、二维弥散的试验条件，获得纵向和横向弥散度.该法在相隔一定距离的二条相互平行的直线M和N上分别设置两排井，在M线的井中连续以定流量注水，在N线的井中则以定流量抽水，两线间形成均匀稳定的一维水流场.在双排井中再设置一口井，瞬时注入一定浓度的示踪剂，在抽水井中采样检测示踪剂浓度，得到浓度过程线，用它在标准浓度曲线上“配线”，可以得出纵向和横向弥散度.与径向弥散试验相比该方法的优点是明显的，但是它动用的设备多，试验耗费大，另外它控制M线上所有井的注入流量相等，未必能保证各井的水位相同，N线也是一样，而且当井径和流量不够大的时候也难形成理想的一维水流场.　　(5)也有研究者在天然地下水流条件下做弥散示踪试验，但天然地下水的水力坡降在千分之几到万分之几，地下水流速很低，导致试验周期长，受外界不定因素的干扰相对较大，试验不易成功. 2　野外弥散示踪试验新方法　　从简化试验的仪器设备和更好地形成理想的试验水流状态出发，作者构想了另一种野外弥散试验方法，并付诸实现.2.1　一维流场、二维弥散问题的数学模型　在水平、等厚的一维达西流均质含水层中，取座标轴的x方向与水流方向一致.当t=0时在座标原点处对整个含水层厚度瞬时注入质量为M的示踪剂，在含水层各点(x,y)示踪剂浓度随时间的变化可以用下面的数学模型描述　　　　　　　　　　　　　　　　(1)初始条件为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)边界条件为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)式中　C为示踪剂浓度；αL、αT为纵向和横向弥散度；V为达西流速；θ为多孔介质的有效孔隙率；b为含水层厚度；δ(x)、δ(y)为二维台尔它函数.式(1)的解析解为　　　　　　　　　　　　　(4)2.2　水池法弥散试验　用人为方法提高试验区的地下水坡降是进行野外弥散试验的重要技术措施.在此前，国内外研究者通常都采用井孔注水(单井注水或排井注水)或辅以井孔抽水的方法来达到目的，前面已做了概述.本文提出用非井孔抽注水技术进行试验——水池法野外弥散试验，以下分几种情况介绍方法.2.2.1　人工水池法弥散试验　对于隔水底板埋藏较浅的潜水含水层，可以考虑开挖一个长条状的人工水池作为上游水源.水池宜开挖到含水层底板，根据弥散试验区的范围，水池长度可以控制在20m—50m左右，为了保持边坡的稳定可以铺设透水性良好的无纺土工布加以保护.试验时向水池充水使池水位高于天然地下水水位数米，并且在整个试验期内维持恒定.由于池水位比天然地下水位高数米，因此能在试验区内形成比天然坡降大得多的地下水坡降.在试验区内设置一口示踪剂投放井和二口以上水样观测井，便可以进行一维流场、二维弥散示踪试验，见图1.通过试验能得到纵向弥散度和横向弥散度. 图1　人工水池法弥散试验布置 　　井孔抽注水弥散试验对水位的控制是点控制，在井周围形成径向水流，Sauty的排井注水试验企图形成一维平行水流，但是在单个注水井周围还是径向水流，局部仍不符合基本控制方程.水池法弥散试验对水位的控制是线