[发明专利]地下低渗透介质污染物入侵与释放过程的可视化实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下含水层系统，具体涉及一种地下低渗透介质污染物入侵与释放过程的实验方法。

背景技术

在地下含水层系统中广泛地存在低渗透性介质含水层，比如粘土含水层、基岩含水层等。低渗透性介质含水层往往被认为对地下水的运移起到阻水、档水的作用，而被归为隔水层。然而，越来越多的研究表明，当低渗透性介质含水层相邻的含水层受到污染时，随着污染物在相邻含水层的运移，污染物仍然会进入到低渗透性介质含水层，从而污染低渗透性介质含水层。当低渗透性介质含水层受到污染后，以分子扩散运动为主的污染物释放过程极其缓慢，不仅将长期影响地下水水体质量，而且随着相邻含水层中地下水的运移，其污染范围不断扩大，对地下水环境安全造成严重威胁。目前，针对地下低渗透介质污染物入侵与释放过程的实验方法较为复杂，监测成本高，且无法可视化。因此，地下低渗透介质污染物入侵与释放过程的可视化实验方法具有非常重要的意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不同，提供了一种地下低渗透介质污染物入侵与释放过程的可视化实验方法，使用一定浓度的荧光水溶液作为典型污染物的代替物，利用滤光系统和图像识别技术，实时监测低渗透介质中污染物的入侵与释放过程，获取监测区域内的污染物浓度二维分布，该方法简单、可靠且成本较低，能够可视化监测浓度较低的污染物入侵与释放过程，其中污染物浓度的测定属非侵入型的测定方法，对污染物入侵与释放过程无扰动。

技术方案：本发明提供了一种地下低渗透介质污染物入侵与释放过程的可视化实验方法，包括以下步骤：

(1)制备若干组不同浓度的荧光水溶液替代污染物；

(2)将每组荧光水溶液分别与高渗透性和低渗透性玻璃砂进行混合，充分振荡搅拌后，被荧光水溶液饱和的各组玻璃砂被填装到不同的砂箱中，砂箱的厚度小于2cm，使得采集的图像能够真实反映砂箱内的浓度分布情况；

(3)设置滤光系统：将两组无重叠波长范围的带通滤光片分别安装在照明系统和图像采集系统上；

(4)确定不同渗透性介质中不同浓度荧光水溶液的荧光强度背景值：将图像采集系统、照明系统和砂箱顺序放置在不透光的暗箱中；开启照明系统和图像采集系统，记录一系列具有不同ISO值和曝光时间的荧光影像，并标定每个像素点荧光强度与对应的荧光水溶液浓度的线性关系；

(5)设置地下含水层系统：将要填装的高渗透性和低渗透性玻璃砂填用纯水混合，充分振荡搅拌后，按预定的含水层分布形式填装砂箱；

(6)污染物入侵与释放过程的荧光强度数据采集：将图像采集系统、照明系统和代表地下含水层系统的砂箱按照步骤(3)(4)的布置方式放置在不透光的暗箱中；按预定时间长度，将任意浓度代表污染物的荧光水溶液注入高渗透性介质含水层，开启照明系统和图像采集系统，记录一系列具有不同ISO值和曝光时间的入侵过程荧光影像；当注入时间达到预定时间，暂停注入污染物，在相同含水层，以同样的流速改为纯水注入，记录一系列具有不同ISO值和曝光时间的释放过程荧光影像；记录过程中，ISO值和曝光时间的设置形式应属于步骤(4)中的组合形式；

(7)污染物入侵与释放过程中的浓度分布：将步骤(6)中获得的污染入侵与释放过程的荧光强度数据代入步骤(4)得到的线性关系，得到荧光水溶液浓度分布。

进一步，步骤(1)至少制备5组不同浓度的荧光水溶液，所述荧光水溶液的浓度小于40mg/L。

进一步，步骤(2)所述高渗透性玻璃砂比低渗透性玻璃砂的渗透系数大100倍以上。

进一步，步骤(3)所述照明系统上的带通滤光片允许波长为425-495nm的光透过，所述图像采集系统上的带通滤光片允许波长525-550nm的光透过。

进一步，步骤(3)所述照明系统的光源色温不小于6000K。

进一步，步骤(6)图像采集系统采用的焦距与步骤(4)中的焦距一致。