浅淡野外弥散试验在潜水含水层的应用

邱彪

摘要：本文在充分了解场地水文地质条件基础上，广泛的研究了国内外研究成果，首次在场地进行了野外现场弥散试验，采用径向收敛流水动力弥散理论计算了潜水含水层的弥散度，较合理地确定了场地潜水含水层的弥散参数，为场地地下水污染防治、保护提供了重要基础资料。

关键词：弥散试验、径向收敛瞬时注入、标准曲线

前言

近年来，随着社会经济的快速发展，人口不断增长，导致水污染问题日益严重。水污染问题是人们普遍关心的、需要深人研究的重要问题。污染物在地下水中运移的方式主要是移流和流体动力弥散，弥散系数是描述弥散作用的基本参数。弥散系数的野外试验都是在天然或人为作用下的流场中， 通过在钻孔注入示踪剂, 观测其浓度在时间空间上的变化，再根据试验条件选用相应的数学模型和计算方法反求参数。本文在总结现有弥散系数野外试验方法的基础上， 采用了一种改进的径向流瞬时注入弥散试验， 并举例说明了方法的实际应用， 得到了较满意的结果。

试验场地的水文地质条件

场地位于粤北中低山区，区内岩层风化程度高，掩盖区占70%以上，覆盖层厚度达2～10m。以粘性土为主。上部结构疏松，透水性稍强，经渗水试验测定渗透系数为0.704 m/d；下部结构较致密，透水性稍弱。其与下伏基岩裂隙含水层水力联系密切。基岩裂隙含水层主要为中－微风化基岩中的节理裂隙的地下水。赋水介质主要为泥盆系的中细粒石英砂岩、粉砂岩等。裂隙发育程度不均一，区域连通性差。主要受大气降水间接补给，富水性较弱。浅层裂隙潜水含水层r的渗透系数通过注水试验测定为0.44m/d，有效孔隙度为1.96%。

试验方法与布井位置

弥散系数野外试验, 就渗流场来说, 可以是平面均匀流, 也可以是径向流；就溶剂注入方式而言, 可采用连续注入法, 也可采用瞬时注入法；但一般情况下， 以人为作用下径向渗流场的瞬时注入法为宜， 其中尤以径向收敛流瞬时法更为适用。 这是因为：径向渗流在人为作用下形成，可以加快地下水流速, 缩短试验时间；瞬时注入法注入的示踪剂少, 注入时间短， 注入质量便于掌握。 此外, 径向收敛流注入试验可与一般的抽水试验同时进行, 可降低试验费用。由于这些原因, 径向流瞬时注入法, 尤其是径向收敛流瞬时注入试验方法常常是弥散系数野外试验中被首先考虑的一种方法。

综上，试验利用坑道排水，在其影响范围内，垂直坑道走向方向上布设三个钻孔，见图1。其中2号孔为投放示踪剂的主孔，1号、3号孔来观测示踪剂浓度变化。图1井位布置示意图

试验与结果分析

本次试验采用氯化钠做试验示踪剂，试验前先测定各孔的静止水位，检查各孔中电导率初值，做好投源、观测孔内电导率变化等一切准备工作。试验投盐时，首先在试验段每隔50cm迅速投入0.5Kg食盐，为加快食盐溶解、使孔内水柱里电导率均一化，上下抖动食盐袋数次，然后捞起食盐袋，按一定时间间隔、由密到疏测量观测孔内的电导值，直到孔内电导率值达到峰值后，又降回到初值。

试验结束后，将所观测的数据进行处理，利用标准曲线配线法进行求参。将所得的现场试验数据进行处理，具体方法如下：将观测浓度换算成无因次浓度Cr(式1)，观测时间换算成无因次时间tr(式2)。

Cr=(C-Co)/( Cmax -C)(1)

tr=t/to (2)

式中：

C一示踪剂的观测浓度；

Co 一示踪剂的背景浓度；

Cmax 一示踪剂的峰值浓度；

t 一累计观测时间；

to一纯对流时间。

纯对流时间to由下式计算：

to=π(r22-r12)hn/Q

其中

Q 一抽水井抽水量；

r2 一主孔至坑道排水的距离；

r1 一观测孔至坑道排水的距离；

h一R1至r2间含水层的平均厚度；

n 一 含水层有效孔隙度。

对试验数据处理后，再与标准曲线绘制在相同模数的半对数坐标纸上，并将该曲线与相应标准曲线相配合，通过移动两曲线，直至实测的Cr一lgtr关系曲线与某一P值的标准曲线配合得最好。配线时注意两曲线横坐标要重合，通过配线确定P值，并由公式aL=r/P求得aL值，即用配线法求得场地潜水含水层的纵向弥散度。

对于本次研究工作中的场地现场弥散试验，配线结果与参数计算见图2。

图2现场弥散试验配线图

从计算结果可以发现：由于含水层介质的非均质性及裂隙的不均衡发育，通过弥散试验求取的参数偏大，仅能代表裂隙发育处的相关情况，受含水层介质的影响较大。

五、结束语

在潜水含层进行了现场弥散试验， 利用食盐做示踪剂， 瞬时投放。利用坑道排水，加快地下水的流速，取得较合理的结果。径向流水动力弥散试验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、试验周期短等优点。但其中关键是要选择好溶液浓度和投源的速度, 尤其是连续投源的注入流量要合适。由于含水层介质的非均质性及裂隙的不均衡发育，所求取的参数偏大，因此可见介质的非均质性对弥散试验的作用不可忽视。

参考文献

吕贤弼等天然和人工叠加流场下弥散试验研究环境科学学报 1990，（1）

徐玉佩水动力弥散系数野外试验方法的初步研究武汉水利电力大学学报1993，（3）

尹喜霖佳木斯市潜水含水层的野外弥散试验和参数计算 勘察科学技术1994，（4）。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。