均质孔隙介质渗流实验中的非均匀渗流现象的定量化研究

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1、均质孔隙介质渗流实验中的非均匀渗流现象的定量化研究Theresearchofnon-uniformpenetrationphenomenoninthehomogeneousporousmedium作者姓名：高振凯专业名称：水文学及水资源指导教师：王福刚教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月03日本论文获得以下课题或单位资助：1、国家自然科学基金面上项目（41172205）：孔隙介质水文地质试验中边壁流效应的形成机理及其对地下水渗流和溶质运移影响的研究2、吉林大学地下能源与废物处置研究所3、吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室4、吉林大学环境与资源

2、学院中文摘要均质孔隙介质渗流实验中的非均匀渗流现象的定量化研究中文摘要地下水资源是水资源的重要组成部分，是制约我国干旱、半干旱地区经济、社会发展的重要因素。我国地下水污染形式严峻，尤其是孔隙介质地下水的污染，而且对污染物在地下水中迁移的研究还处于初级阶段。进行孔隙介质的水文地质室内实验，是研究孔隙介质地下水中溶质迁移规律的重要手段，实验中常采用均质介质来进行研究，认为均质介质中的渗流也应该是均质的，但是大量实验证明，即使是均质介质，也可能发生非均匀渗流现象,该种现象一旦发生，对地下水渗流和溶质的时空分布，都将产生必然的影响，进而影响人们正确的处理实验结果，因

3、此非均匀渗流现象应该引起相关科学工作者的重视。本文通过均质中砂、粗砂不同水力梯度下的六组渗流实验，经过反复试验，研究了均质介质中非均匀渗流现象的规律、影响因子，通过SPSS统计软件中计算分析，得到渗流过程中不同观测位置的边界影响函数，主要成果和结论如下：1、对于均质的中砂、粗砂介质，其渗流过程中的溶质运移状态并不是理想条件下的活塞式运移状态，而是会发生非均匀渗流现象。2、在渗流槽上游，由于溶质均匀进入，渗流槽内的浓度分布方式也为均匀分布，表现为活塞式运移，各组实验中上游观测孔两侧边界区域与中间主流向区域出现示踪剂浓度峰值的时间差在0~10min以内，但是随着

4、溶质运移距离的增加，开始出现非均匀渗流现象，表现为靠近边界的溶质运移速度较远离边界的中间主流向快，这种差距从上游到下游变的越来越大，两侧边界与中间主流向观测孔出现峰值浓度的时间差也逐渐增大，从0~10min增大到50~100min，根据观测孔数据计算的渗流速度和弥散系数发现，介质中的弥散度变化不大，而渗流速度则是靠近边界渗流速度快，中间主流向慢。3、基于渗流与溶质运移的非均匀特征定性分析，理论分析并构建了非均匀渗流的校正函数范型，利用实验示踪剂浓度监测数据，基于统计学方法，确定了不同方案的非均匀渗流的校正函数（即边界影响函数）。4、将构建的非均匀渗流校正函数

5、耦合到水动力弥散模型的解析解中，应用于不I中文摘要同实验中预测各观测点的浓度变化，通过对比耦合数据与实际数据绘制的浓度曲线图和浓度等值线图，验证了耦合函数对实验的预测与实际结果相符，说明了考虑渗流非均匀特征的水动力弥散解析解模型更加符合客观实际，可以用于相应方案不同时刻溶质空间运移的预测。5、通过大量的实验和数值计算得出，在均质介质中，非均匀渗流现象是存在的，并且这种现象是有规律可循的，通过构建校正函数，对理想条件的对流弥散方程进行校正可以科学正确预测渗流过程中的非均匀渗流现象，对于孔隙介质室内实验有着积极的作用。关键词：孔隙介质，溶质运移，非均匀渗流，室内

6、实验，校正函数IIAbstractTheresearchofnon-uniformpenetrationphenomenoninthehomogeneousporousmediumAbstractGroundwaterresources,asthesignificantcomponentsofwaterresources,areconsideredastheprincipalelementsimpactingeconomicandsocialdevelopmentsamongstaridandsemi-aridareas.Facingthegrimsitua

7、tionofgroundwaterpollution,especiallyinporousmedia,researchonpollutantsmigrationingroundwaterisattheprimarystage.Thelaboratoryexperimentonhydrogeologyinporousmediaisregardedasanessentialmodetostudythemigrationruleofsoluteinthispattern.Homogeneousmediumisfrequentlyadoptedinexperimen

8、tsaccountinghomogeneousflo