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华北水利水电大学学报(自然科学版) 2023年

作者：王展闫亚景赵贵章丁力刘少康李文曦华北水利水电大学地球科学与工程学院

为了精细刻画岩石裂隙溶质运移过程及特征，试验构建了长×宽×高为0.20 m×0.03 m×0.50 m的砂箱模型，模型中间为裂隙，模型两侧为基质，两者共同构成了裂隙-基质系统。通过自然电位这一无损、快捷监测手段，开展不同粒径基质渗流速... 详细信息

为了精细刻画岩石裂隙溶质运移过程及特征，试验构建了长×宽×高为0.20 m×0.03 m×0.50 m的砂箱模型，模型中间为裂隙，模型两侧为基质，两者共同构成了裂隙-基质系统。通过自然电位这一无损、快捷监测手段，开展不同粒径基质渗流速度下溶质运移试验，研究裂隙-基质系统溶质运移特征。结果表明：①在试验流速为0.0097～3.1959 mm/s时，裂隙-基质系统内裂隙渗透系数为5.5×10-2m/s，与基质渗透系数2.4×10-3m/s、3.5×10-4m/s相差不大，水流符合达西定律；随着基质粒径的不断减小，当裂隙渗透系数5.5×10-2m/s与基质渗透系数3.6×10-5m/s相差约3个数量级时，水流由达西流向非达西流转变。②在3种不同粒径的基质条件下，沿溶质运移方向，随着基质渗透系数的不断减小，裂隙域和基质域电极测点SP峰值不断减小，到达峰值的时间逐个增大。③随着流速的不断增大，裂隙域和基质域电极测点SP峰值出现时间提前且同一系统流速下的裂隙域电极测点SP峰值出现时间与基质域的相比较短。④通过SP峰值时间与溶质运移距离可以量化流速。计算所得流速值略小于系统测量流速值，其相关性拟合优度R2均大于0.99，其中利用裂隙域电极测点自然电位数值计算所得的流速误差在10%以内，相对于基质域，流速计算精度更高，这与试验现象高度吻合，为探究裂隙-系统中的溶质运移过程提供了参考。

关键词：自然电位溶质运移裂隙-基质系统非达西流

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基于电法的裂隙-基质系统溶质迁移过程研究

基于电法的裂隙-基质系统溶质迁移过程研究

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作者：王展华北水利水电大学

学位级别：硕士

基岩裂隙作为地下水储的主要赋存介质,在我国分布广泛,其含水层形态多种多样,受地质构造因素影响水动力条件复杂,使得裂隙水的埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性,因此,定量刻画裂隙岩体溶质迁移规律对地下水的污染防治方面起着关键... 详细信息

基岩裂隙作为地下水储的主要赋存介质,在我国分布广泛,其含水层形态多种多样,受地质构造因素影响水动力条件复杂,使得裂隙水的埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性,因此,定量刻画裂隙岩体溶质迁移规律对地下水的污染防治方面起着关键作用。本文通过构建裂隙-基质系统物理模型,开展不同基质孔隙率的裂隙-基质系统在不同流速下的溶质迁移试验研究,并运用电法对溶质迁移过程进行监测,通过构建C/C-t幂律函数对不同试验条件下基质域和裂隙域的穿透曲线拖尾的程度进行量化分析,并利用自然电位数据实现了对流速的量化,为地下水污染防治和风险性评价提供理论依据。本文取得以下主要结论:(1)分析了裂隙-基质系统的水流特征。同等水压力下,裂隙-基质系统的渗流速度与基质介质的孔隙率呈正相关,当裂隙与基质渗透系数相差近270倍时,裂隙-基质系统水流渐由达西流衍变为非达西流,利用Forchheimer方程拟合非达西流下的水力梯度与流速之间的关系曲线效果较好。(2)明晰了裂隙-基质系统溶质迁移特征。沿着溶质迁移方向,裂隙-基质系统中各电极测点穿透曲线峰值呈递减趋势且基质域穿透曲线峰值浓度基本上都高于裂隙域。随着流速的增大,各电极测点穿透曲线峰值增大,峰值到达时间提前。随着基质孔隙率的减小,基质域和裂隙域穿透曲线峰值到达时间变长,穿透曲线拖尾的程度显著增强,非达西流下穿透曲线早到、双峰、拖尾等特征表现得更为明显。(3)量化了不同基质孔隙率的裂隙-基质系统不同流速下穿透曲线的拖尾程度。构建C/C0-t幂律函数对不同试验条件下裂隙域和基质域穿透曲线拖尾的程度进行量化分析,发现达西流下的拟合n值随系统条件变化范围为1.5156～2.1390,非达西流下的拟合n值变化范围为0.4159～1.8283,即当拟合n值小于1.8时,溶质迁移由菲克运移转变为非菲克运移。在同一裂隙-基质系统中,n值随流速的增大而增加,且裂隙域穿透曲线拟合n值大于基质域。在不同裂隙-基质系统中,n值随基质孔隙率的减小而减小。(4)揭示了自然电位于溶质迁移过程中的响应规律。SP峰值的变化情况侧面反映溶质迁移过程中浓度的变化情况,沿溶质迁移方向,各个电极测点SP峰值依次减小,峰值到达时间依次变长,裂隙域SP峰值出现时间与基质域相比较短。随着流速的增大,裂隙域和基质域电极点SP峰值到达时间及回归本体值所需时间提前且基质域电极测点SP峰值大于裂隙域。随着基质孔隙率的不断减小,裂隙域和基质域SP峰值随之增大,自然电位曲线回归本体值所需时间更长,在基质域中表现得更为明显。(5)验证了自然电位在量化溶质迁移过程中流速的可行性及准确性。对SP峰值到达时间和溶质迁移距离的关系进行计算实现了对裂隙-基质系统裂隙域和基质域流速的量化,通过计算所得流速小于系统测量流速,其中利用裂隙域电极测点自然电位数值计算所得误差控制在7.8%左右,相对于基质域流速计算精度更高。

关键词：裂隙-基质系统溶质迁移自然电位穿透曲线非菲克运移

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基于电阻率法的充填裂隙-基质中盐热运移试验研究

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水文地质工程地质 2023年第1期50卷 51-59页

作者：丁瑞邓亚平钱家忠杨賾马雷合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009

为探究盐、热示踪剂在裂隙-基质中示踪的有效性,设计了充填裂隙-基质试验模型,开展了不同示踪剂下的试验,结合不同测点的实时动态电阻率监测数据,研究充填裂隙-基质中示踪剂运移过程,并讨论基于电阻率法的盐、热示踪的有效性结果表明:(1... 详细信息

为探究盐、热示踪剂在裂隙-基质中示踪的有效性,设计了充填裂隙-基质试验模型,开展了不同示踪剂下的试验,结合不同测点的实时动态电阻率监测数据,研究充填裂隙-基质中示踪剂运移过程,并讨论基于电阻率法的盐、热示踪的有效性结果表明:(1)电阻率法可以揭示3种不同示踪剂注入充填裂隙-基质系统的过程以及裂隙-基质系统中裂隙的存在;(2)盐热示踪剂下裂隙与基质内的体积电导率变化率差异最为显著;(3)质量浓度与体积电导率拟合效果要优于温度与体积电导率拟合效果。这说明了基于电阻率法的示踪剂对刻画裂隙-基质中裂隙与基质位置的有效性,且盐热联合示踪剂效果最好。数据成果对野外电法勘探裂隙位置及其他非均质地层构造研究具有一定的参考价值。

关键词：裂隙-基质系统盐热示踪剂示踪试验电阻率法

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基于ERT方法刻画热示踪剂运移过程实验研究

基于ERT方法刻画热示踪剂运移过程实验研究

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作者：杨赜合肥工业大学

学位级别：硕士

热示踪剂作为盐类示踪剂的替代品,具有对环境造成污染小、适用面广等优点,已被广泛应用于地下水环境的监测调查;传统热示踪剂的监测方法如温度传感器法,具有高精度的优势,但无法给出连续的、完整的剖面的地质信息;对此,近年来,电阻率法(... 详细信息

热示踪剂作为盐类示踪剂的替代品,具有对环境造成污染小、适用面广等优点,已被广泛应用于地下水环境的监测调查;传统热示踪剂的监测方法如温度传感器法,具有高精度的优势,但无法给出连续的、完整的剖面的地质信息;对此,近年来,电阻率法(ERT)在场地内的地下热影响区监测方面备受关注、成为研究热点,然而由于下环境非均质性强且地下固液之间存在着物质交换,无法得到较为准确的温度与电阻率的对应关系,亟须加强控制机制和应用条件研究。因此,本文通过实验室规模试验,开展了基于ERT方法刻画热示踪剂运移过程的实验研究,从不同研究尺度和介质的不同均质性两个角度,综合定量地评估了基于ERT方法刻画热示踪剂运移过程的适用性。首先,通过监测静水条件下均质砂柱内电阻率与温度变化,确定了不同孔隙介质的电阻率-温度关系并进行拟合分析;之后,开展了基于ERT方法刻画热示踪剂在一维均质砂柱内运移的有效性研究,探究ERT方法能否刻画均质介质中热示踪剂的一维流动;在上述研究基础上,开展了基于ERT方法刻画二维裂隙-基质系统中的热运移与盐运移的比较研究,探究热示踪剂在非均质条件下的运移过程。本研究结论如下:(1)通过温度变化的电阻率响应实验,发现了电阻率与温度呈指数型关系,相关性较强且相关系数大于0.996。(2)通过一维均质砂柱实验,比较ERT方法与分布式温度光纤传感器结果,证明了ERT方法可以准确地刻画热示踪剂在砂柱内的一维流动,且结果表明注水温度越高,电阻率的误差越小。(3)通过二维非均质砂箱实验,证明了ERT方法可以识别盐示踪剂与热示踪剂的运移过程,以及刻画裂隙-基质系统中裂隙的存在。实验结果表明电导率与温度/浓度呈线性相关;盐热联合示踪相比于单一盐示踪或热示踪的电阻率响应更为显著。本文利用ERT方法刻画了热示踪剂的运移过程,定量的分析了其有效性,对比了其与盐示踪剂的异同,为监测热示踪剂或地下温度变化提供了新思路与理论基础。

关键词：水文地球物理电阻率法(ERT) 裂隙-基质系统热示踪

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