[发明专利]一种二维非均质含水介质物理模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种二维非均质含水介质物理模型的构建方法，属于地下水流和污染物运移规律物理模拟领域。该方法包括现场采样非均质含水介质污染区中的土样，测量其渗透系数，并计算其均值和方差；采用直接傅里叶变换方法生成网格化的渗透系数场；在一个模拟装置中，按照该网格化的渗透系数场进行石英砂的填充，构建完成二维非均质含水介质物理模型，再现野外含水介质的非均质性。本发明方法能真实模拟野外条件含水介质空间变异程度对污染物运移的影响，为地下水污染修复室内试验提供更为准确的物理模型，相较于以往用简单透镜体来刻画含水介质的非均质性更切合实际地下含水介质的空间变异性。

技术领域

本发明涉及地下水流和污染物运移规律物理模拟领域，具体为一种二维非均质含水介质物理模型的构建方法。

背景技术

赋存于土壤、岩石等介质中的地下水资源是人类社会生产、生活所需的重要资源。近年来，由于人类的活动引起的包气带土壤和地下水污染愈来严重，污水回灌、垃圾渗出液下渗、有毒化学液体的遗漏等威胁着地下水的安全。污染物在地下水中的迁移和分布，不仅受污染源特征影响，还受赋存介质的空间结构特性影响，因此相比于地表水和大气中的污染物分布，地下水中的污染物空间分布特征更为复杂。含水层中污染物运移行为的准确预报是提高地下水污染修复效率的前提，含水介质的非均质性是影响污染物运移的关键因素。因此迫切需要可以精确模拟非均质含水介质污染物运移的物理模拟试验装置。现有的模拟试验装置，多数只采用简单透镜体或分段刻画含水介质的非均质性，与野外真实情况差别较大，存在模拟精度不高等缺陷。因此，迫切需要构建能够更加真实再现野外含水层非均质特性的物理模拟装置，提高污染物运移行为的预报精度。

基于此，本发明提供了一种二维非均质含水介质物理模型的构建方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维非均质含水介质物理模型的构建方法以解决上述背景技术中存在的技术问题。

本发明的目的可通过以下技术方案来实现。

一种二维非均质含水介质物理模型的构建方法，首先现场采样非均质含水介质污染区中的土样，测量其渗透系数，并计算其均值和方差，其次采用直接傅里叶变换方法生成网格化的渗透系数场，确定每个网格的渗透系数值，最后在一个模拟装置中，按照该网格化的渗透系数场进行石英砂的填充，构建完成二维非均质含水介质物理模型，再现野外含水介质的非均质性，具体步骤如下：

步骤1，模拟装置的设置

所述模拟装置包括一个主体、数块网络隔板A和数块网络隔板B；

所述主体为一上端开口的矩形箱体，在该矩形箱体中，与箱体的左右侧壁平行、且从右至左依次设置了两块隔板和一块隔水挡板；

所述隔板为矩形平板，且高度、宽度分别与左右侧壁在主体内腔中的高度、宽度相同，即通过两块隔板将主体分割成沿着主体长度方向互相平行的三个独立空腔，从左至右依次记为进水箱、砂箱和排水箱，所述隔板上均匀分布多个通孔，所述排水箱的右侧壁上从上到下均距开设有三个出水口，在每个出水口上均装有止水阀；

所述隔水挡板为矩形板，其宽度与隔板的宽度相同，记隔水挡板的高度为 h2，h2＜h1，h1为隔板的高度，即通过隔水挡板将进水箱再分割成为左右两部分，且右部分的底部开了一个进水口、左部分的底部开了一个排水口，该进水口和排水口通过乳胶管实现对进水箱内腔的进水和排水，以保证进水箱水头的稳定；

所述网络隔板A和所述网络隔板B均为矩形板，高度均记为网络隔板高度 h3，h2＜h3≤h1，其中，网络隔板A的宽度与砂箱内腔的长度相同，网络隔板B 的宽度与砂箱内腔的宽度相同；在网络隔板A和网络隔板B的下部，沿着高度方向从下至上均匀开有多条缝隙，该缝隙的长度为：当数块网络隔板A和数块网络隔板B通过该缝隙交叉组合成为网格化空间时两个隔板的底面保持平齐；

步骤2，采样及计算