地下水弥散系数的测定.pdf

第1 7卷第 3期 海岸工程 19 9 8 年 9月 地下水弥散系数的测定 宋树林 国家海洋局第一海洋研究所 青岛 26 6003 林泉孙向 阳 青岛环境卫生研究所 266023 威海市环境卫生管理处 2 64200 摘要 以大红染料为示踪剂 采用单井脉冲注入示踪剂 的方法测定了主井和观 测井 中示踪剂 的浓度 变化 并用解析公式法计算了西小涧垃圾场地下水 的纵向弥 散系数 关键词 示踪解 析公 式法弥散系 数 引言 当流体在多 孔介 质 中流动 时 由于孔 隙 系统的存在 使得 流速在 孔 隙中 的分布无论 其 大 小 和方向都不均 一 这 种 微观速度不均 一 所造成 的特有物质运 动 称 为对 流弥 散 它 可 以存 在于 层 流状态 也可以存在于紊流状态 流体在通过多孔介质时 由于示踪剂 浓 度 不 均 匀 存在 一 定的 浓度梯度 使得高浓度处 物质向低 浓度处运 动 以求浓度趋 于均 一 这 种 现象 称为分子扩 散 多 孔介 质 中的对流 弥散和分子 扩散之和为水动力弥 散系 数 它是 描述 进入地下水系 统 中污 染物质浓度 的时空变化 的参数 为 了预测青岛西小涧垃 圾 场垃 圾 渗 漏水对场区周围地 下 水的影响 我们在现 场 测定 了场区含水层 的纵向弥 散 系数 1 场区的水文地质 特征 青岛市西 小涧垃 圾 综合处理 场位于青岛市城阳 区河 套镇 西 小涧村以北约 1 7 k m 面积 1 6k m 从市区经 环 海公 路 潮大公 路至场区全 程 3 4k m 场区地势平坦 其地 下 水分 为两 类 一类 是赋存于第四系 松散沉 积 层 砂层 中 的孔隙 水 另一 类是赋 存于安山岩及破 碎带的基岩裂隙孔隙水 第四系孔隙水 为潜水 微具 承压 性 基岩裂隙孔隙水也为潜 水 在区内基岩裂隙水与第四系孔隙水连 通 形成 统 一含 水层 陆相砂层 海相砂层 和白垄系青山组 安山岩为含 水层 淤泥层 为弱 含 水 层 表层粘土和白 至 系王 氏组岩为不 透水层 地 下水位标 高在 1 1 4 一1 m之 间 地 下水位总 的趋 势 为东北 高 西南 低 地下水 的 总 体 流向是 由东北向西 南 水力坡度 在 0 11 0 7 5 平均为 0 4 3 场区地 下 水 的 收 价日IUI 29 9 5一03 一 1 5 修改稿 1 98 一 05 一 10 海岸工程 第7 1 卷 矿化度为 2 4 9一5 39 L 总硬度为5 0 74 1 032mg L 碱度为 126 4一37 lmg I pH 为 7 3 0一 7 60 按矿化度分 该区地下水为咸水 按 pH 分属中性水 由于水质恶劣 场区地 下 水 在相 当 长的 时 间 内不会 被开发 地下水由地表径 流和大气降水补给 部分由海水倒灌 补给 它向西南方向流动 在大沽河附近排入胶州湾 2 现场试验 2 1 示 踪 剂的选择 在水文地质 的试验 中 理想 的示 踪剂应该毒性小 不易被 含水层 中的 固体 颗粒吸附 灵敏度高和价格便宜 现在国内外使用的主要 示踪剂可分为四类 离子 化合物 人工放射 性同位 素 有机 染 料和碳 氟化物 试验地区的地 下水为咸水 盐度在1 0以上 不易采用 l C 一 N a C I 和B r一 N a B r 等阴 离子示踪剂 人工放射性同位素 因其有放射性危害 在 现场使 用受很多因素制约 有 机 染料 包括 荧光素 甲基 盐 苯盐等 具 有毒性低 灵敏 度高 价 格便宜和 测量 方便 等 优点 但 容易被 含 水 层 中 固体 颗粒吸附 适用于小 范 围内 的示踪 试验 因为我 们 的示踪距 离比较 短 所以选择 了大 红染 料作示踪剂 2 2 试验程序 在 场区的 西北 部 地下 水流出口附近 打了一个主井两 个 观测 井 观测井 A 位于水流 方向上 观测 井 B 与 A 成 15 0 的 夹角 它 们距主 井 0 56m 钻深均 为 18m 将配制好的浓度为 smgI 的大红 染料溶液放入投放器 把投放器放到 含 水 层的中 部 释放 示 踪液 然 后将投 放器上 下 拉动 数次 使示踪剂与井内地 下水 混合均 匀 并立 即测 定主井中示踪剂的浓度 在 主井内 投放示 踪剂后 每天 8 00 和晚 2 0 0 0 在 主井和 观 测井采集水样 用 72 1 分光光度计测 量示 踪 剂的浓 度 当观测 井中 出现示踪剂 时 加大 采样 密度 2 3 试验 结果 从 1996 年n 月 2 4日在 主井投入 示踪 剂后 主井中示踪剂 浓度逐渐降低 至1 2月2 9 日降为零 低 于方法的探 测下限 示 踪剂 在观测井A中的浓度变化见图 1 可测量 的示 踪 剂 浓度出现于 1 9 97年l 月1 2日 然后 浓度逐渐 增加 1月 2 4 日浓度达 到最大值 之后 浓 度逐 渐降低 至 2月7 日下降为零 低于方 法 的探测 下限 观 测井 B 经过 2个 月的观测 没有测到 示 踪 剂 由于垃圾场的工期要求比较紧迫 所以没有再 继续观测 3 弥散系数的计算 3 1 地下水流速 V 的测定 和计 算 含水 层 的径 流强 度 可用平均 渗透流速 V 来 衡量 根据达西定律 V一Kl 即 径 流与 J 岛海洋地 质助察院寿岛 l卜四小冲d垃 圾场地地 质助探报 1 95 第 3期宋树林 等 地下水弥敬系数的测定 含水层 的透水性和补给区及排泄区之间的水位差成正比 3 1 1 不含水层 渗透系数的测定 为了解不含水层的渗透性能 求出渗透系数 根据场 区水文地质条件及地层分布情况 在具有代表性的点剥离表层种植土层 0 sm 然 后 采集 下面的砂质粘土运 回实验室 在实验室中 根据土样的天然重度计算称量 分别制成 5 10 3c 0m 不同高度的土柱 并在土柱表面和底部用干净的粗砂和 尼龙沙网做成反冲 反 滤 层 为防止土柱与 筒壁 结合部形成的渗流 采用双环法 即在筒内土柱底部加 装衬底围环 把沿壁渗漏的溶液从另一出口引出 确保试验的可靠性 当渗水试验进行到渗入水量趋于 稳定时 渗透系数采用下列公式计算 K QL wh 式中Q 稳定渗水量 c m mi n L 渗透途径 Cm k 渗透系数 em s h 水头 损 失 上下过 水 断面的水头 差 c m w 过水断 面面积 m 衷 l 渗水试验结果表 牛l三长 em 渗透系数 m 14 义 1 0 10 01 73义 1 0 30 0 4 18义10 实验 结 果列 在表 l 结 果表明 土柱 的 渗透 系 数在 1 14 丫 10一 6 4 4 8义 10 一 e m s 之 间 平均 为 2 35丫 1 0 一 e m S 3 1 2 含水层渗透系数的测定和地下水流速的计 茸根据 场区水文地 质和工程 地 质 条件 进行了 3 组单 井抽 水试验 试 验 结 果列 于表 2 其 中 I 一 H井因正处于断 层带中 砂层仅 0 7m 抽 水试 验 反 映的是 基岩裂隙水与第四纪孔隙水 混合后的基本特征 在确定地下 水 含水层的渗透系数值时将其 剔除 因此 场区含 砂层 的 渗透系数取 I 一 7和 卜5井的平均值 为巧 5 7md 将平均渗透系数和平均水力坡度代入上述达西 公式 得 到含 水层 中地下水 的平均 流 速 为6 6 9 义l 一 6 飞d 表 2 抽水试验结果表 井号 观测孔 个 井探 n 含水J公J t度 m 渗透系以 影 I助I 飞布 乏 R 初n水1 卜 m d n l尹d r n r 5n l l 一7 220 0 0 工1 l 止 88 43 7599q 了 Zt 50 18 25 17 7 万 一11 218 4 45248 2 92 0 夕 书 l水试脸 山 l J 肠海字门也质勘察院承l lJ 3 2 地下水质模型和弥散 系数的 计算 弥 散 系数的计算采用 地下 水 水质模型 一 书 中推荐的 解析 式 法 直 接 法 地 下 水 水 质 模型为 2 3 刊 汉夕 乙J 屯 尹 厦 义少 二二二 一 厂 令 l 海岸工程 第17卷 C 了 0 二0 C 0 t C C 0 t 0 C c o t O镇才 c o 0 t c o t t 0毛 t 其通解为 X一v 一to C 了 犷 一 矢J 黔 ep 一 d 式中X为观测井离主井的距离 m V为地下 水流速 md 若利 用浓度的最大值 C 则上式改写为 笼一v 矛一 o 1 2拯石万万二 护 I C 之 之J epx 一 音 d V l 一叫二 2厅J三二i玉 一r 一 2 一 1 石 矛l 丫一 乙 函0 01卜 遏 厂 说l 2 0 00 5 49 6 170 时间 d 图 1 观测井A中示踪剂的浓 度变 化 因观测井B没有取得数据 所以只计算了纵向弥散系数 D 将各种参数代入式 2 进行计算 得到场区地下水的纵向弥 散系数D 0 2 3m 2 d 表 3 给 出 了国内外测得 的各种 土质类型的纵 向弥散 系数 其 中 细砂和中 粗砂 的纵 向 弥散 系数分别为 0 0 5 0 5m 2d 和 2 lm d 场区的地 层可分为基底和盖层两个单 位 盖层 中 上部为粘土 淤 泥 和粉砂淤 泥 是弱含水 层 中部为海相砂层 下 层为陆相砂层 由细砂 中 粗砂组成 砂层分选磨圆较 好 砂层 松散 含水饱和 是 良好的透 水 层 也是区内 主要 含 水层 陆相砂 层 下部 为陆相淤 泥 层 再下部 为基 底 测 得的 弥散 系数就 是海 相砂 层 和陆相砂层 的弥散系数 把现场 测得 的纵向弥散系数与表 3 中的细 砂和 中粗砂 的纵向弥 散系数进行比较可以看出 它们基本上是一致的 是可信的 表 3 弥散系数参考表 含水层类明纵向弥散系数 m Z d 横向弥散系数 m Z d l闷内外经红l 砂 叮 5 屯 5 5一行 1 验系数 1 们l砂 2 1 0 二 5一 一 砂砾 l一5 z一1 第 3 期 宋树林等 地 下水弥做系教的洲定 参考文献 l 王秉忱 弥敬理论研究及系数的测定 长存地质学院学报 2 9 18 3 2 孙纳正 地下水流的数学模科和数位方法 地 质出版 社 198 5 3L y加 T C G rou司wa忱r a B in W ater Q uality Sim ulatio nto St udy A lt e rnativ e P la n Wk e Confe r e n ee G roud 锄 ter Q ua lityM es u e r 眼 nt Pr曰ie tion a司 P ro 奴 tio nENG L AND 19 76 D E T E R M I NAT IONOFT H EDIS PERSI VECO EF F ICI E N T I NGRO UN D W A T E R S o ng Sh u lin T人eFis r t I r stI t u 介 o f o e ea o ga rPh一 SOAQi g d a o 2 6 600 3 Li n Q u a n I h e l sritu e t o f E r v io r m e ra lS a ira rio Qi gd a o 2 6 602 3 Su n Xia ngyang T人eAd阴 i ista r tl v e 伪价 ee o f E v io r ta lS a itatio W o l i六ai2 64200 Ab stra et T h eeo neentr尹t io nso f traeerinthe m ain w e ll and m on ito r ingw ellar e d ete r min e d a ft er p u ls ativ e ly po u r ing tr aee r o f red dy e in to sing le w e ll an d tl e lo n gitudin a l d isp e rsive eoeffieient in thegr oundwater o fXixia o ji an R u b bisl T r eatment F aetory 15 ea l eu la ted us ing the m et hod o f ana ly tieal fo r m u la K ey w ords tr a e e m et li o d o f a na ly tieal fo r m u laD is persive e o e ffieie n t 上接第74页 1 德州地区发展井灌技术 取代大水 漫灌 黄河流经德州的齐河 原济阳县 河段长 1 35 km 从 德 州的 治 河 史看 其 主 要 治河任 务是防洪 排洪 排碱 排浅层水中有害的矿物质 德 州的 引黄灌溉已有百 年的 历史 经历 着发展 停灌 再复灌 再停灌的三个起伏 德 州的 多年平均降水量为5 8 3m n 多年平均径 流