一种模拟污染物在土中运移的模型试验方法与流程

1.本发明涉及地下水污染防控技术领域，尤其涉及一种模拟污染物在土中运移的模型试验方法。


背景技术：

2.污染风险对区域地下水生态存在一定的威胁。
3.目前，关于含水层中污染物的运移分布情况的刻画主要是通过野外长期监测的方法，这种方法虽然可以较好的对污染物情况进行记录，但是其存在周期长、工作量大等问题。
4.以现场数据为基础的模型试验方法也在此方面得到了广泛应用，但其多用于浅层污染物的模拟，故对含水层信息进行简化，采用均质参数进行代替。传统方法对含水层污染物分布预测往往忽略了含水层的非均质性，并且在构建含水层水力参数时未对钻孔和水位数据进行充分利用，得到的渗透系数、储水系数等参数仅为等效均质含水层的参数，难以实现对含水层中污染物的准确刻画。即传统的溶质运移方法考虑是以均值地层进行分析，忽视了含水层的非均质性。
5.因此，需要总结区域污染物在土中的运移规律，以便于更科学的防治污染。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其解决了现有的污染物在土中运移研究多考虑均质化介质从而导致模拟精度不高的技术问题。
8.(二)技术方案
9.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
10.第一方面，本发明实施例提供一种模拟污染物在土中运移的模型试验方法，包括以下步骤：
11.根据待分析区的水文地质资料，建立三维的水文地质概念模型；水文地质概念模型中包括有地下水位置和流向以及污染源信息；
12.通过对待分析区进行多处钻孔取采样点的剖面进行分层对比，将水文地质概念模型进行分层，并分别在水平方向以及深度方向上划分为多个网格；分层包括含水层，根据含水层的岩性以及孔隙水分布将含水层划分为两个以上的含水岩组；根据地下水等水位线，对三维含水层模拟结构的边界进行概化；
13.根据采样点的现场及室内渗透性试验确定两个以上含水岩组中各组分的渗透系数，并根据渗透系数将两个以上的含水岩组分为强富水区、中等富水区和\或较弱富水区，根据划分结果，分别赋予不同的渗透系数至两个以上模拟层中对应的各富水区的多个网格；
14.采用基于叶氏逐次线性估计的水力层析扫描法，依据水头数据估计各含水岩组中、各富水区以及各层边界以及周边界的渗透系数；更新水文地质概念模型的渗透系数；
15.加载已有实测的水头数据以及污染源和污染浓度至水文地质概念模型，进行污染运移演化分析和对比，形成待分析区内地下水污染物运移规律。
16.可选地，地下水污染物运移规律包括：不同污染源强度、不同网格内的污染物浓度随时间的变化规律。
17.可选地，进行污染运移演化分析和对比，包括以下步骤：
18.确定模型试验范围，设置边界条件，并以污染源为中心，布设水力参数探测井；
19.通过对某探测井施加刺激的同时记录其他探测井中水位和污染物浓度的变化；对某探测井施加刺激包括：进行抽水或注水；
20.采用连续线性估计算法对采集的响应信息进行反演，刻画含水层中水力参数分布；
21.通过含水层水力参数与污染物浓度的关系，刻画含水层中污染物分布情况；含水层水力参数与污染物浓度的关系包括：
22.污染物浓度与渗透系数的关系式：
23.c＝αk
β
24.式中c为污染物相对浓度，％；k为含水层渗透系数，cm/s；q为抽水或注水流量，cm3/s；α、β为拟合参数。
25.可选地，水文地质概念模型如下：
[0026][0027]
式(1)中，k
xx
、k
yy
、k
zz
分别为x、y、z方向的渗透系数，m/d；h为地下水水头，单位为m；ω为源汇项；ss为储水系数；h0为含水层初始水头，单位为m；h1为各层边界水位，单位为m；q(x,y,z,t)为含水层二类边界单宽流量，单位为m/d；ω为渗流区域；γ1为水头已知边界，第一类边界；γ2为流量已知边界为渗流区域的侧向流量边界，第二类边界；n为渗流区边界的单位外法线方向；
[0028][0029]
式(2)中:d
xx
、d
yy
、d
zz
分别为x、y、z三个主方向的弥散系数，单位为m2/d；u
x
、uy、uz分别为x、y、z三个主方向的水流速度，单位为m/d；c为溶质浓度，单位为mg/l；c0为初始溶质浓度，单位为mg/l；f为其他源汇项，单位为mg/(l﹒d)。
[0030]
可选地，采用基于叶氏逐次线性估计的水力层析扫描法，依据水头数据估计各含水岩组中、各富水区以及各层边界以及周边界的渗透系数；包括以下步骤：
[0031]
利用流动控制方程计算水头场，由初次线性估计求得相应的渗透系数场获得各采样点的渗透系数的初始估计值，从而确定每个采样点处水头观测值与水头估计值之差，然后将差值应用到线性估计中以修正渗透系数的初始估计值，修正后的渗透系数的估计值应用于计算新的水头场获得各采样点的水头修正值，再次求得每个采样点处的水头观测值与水头修正值之间的差值，随后再将差值代入线性估计中进一步修正渗透系数的估计值。
[0032]
可选地，在建立三维的水文地质概念模型之前，通过待分析区的多个观测井的实测地下水位高度，绘制地下水位等值线，并对地下水流进行识别，将识别结果与待分析区的水文地质资料所记载的地下水位高度以及地下水位等值线进行比较；验证水文地质资料的准确性，当二者符合时，将地下水位置和流向以及污染源信息加载到水文地质概念模型中。
[0033]
可选地，污染源信息包括：污染源位置，污染源发生浓度和污染持续时间。
[0034]
可选地，将含水层划分为两个以上含水岩组时，将不能形成连续性隔水层或不能形成连续性含水层的含水岩组并入相邻的连续的含水岩组。
[0035]
可选地，含水岩组包括：第四系风积沙含水岩组、白垩系砂岩及砂岩泥岩互层含水岩组。
[0036]
可选地，对三维含水层模拟结构的边界进行概化，包括将边界概化为第一类边界、第二类边界、潜水面边界或隔水面边界，含水岩组的介质概化为：各向同性介质、各向异性介质和非均质各向异性非稳定三维流
[0037]
第一类边界包括定水头边界；第二类边界包括弱流量边界。
[0038]
(三)有益效果
[0039]
本发明的有益效果是：本发明实施例提出的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，根据待分析区的水文地质资料，以及待分析区进行多处钻孔取采样点的进行结合，建立水文地质概念模型，并通过对含水层采用非均质化的分层，以及对各层的边界进行分别概化，并采用叶氏逐次线性估计的水力层析扫描法估计各层参数，完善水文地质概念模型的数值模型，在此基础上进行污染运移演化分析和对比，形成待分析区内地下水污染物运移规律。使得污染物在土中运移研究模拟精度更高，模拟结果更优。
附图说明
[0040]
图1为本发明实施例的模拟污染物在土中运移的模型试验方法的流程示意图；
[0041]
图2为本发明实施例的待分析区的地域图；
[0042]
图3为本发明实施例的待分析区的网格划分示意图，(a)为水平方向；(b)为深度方向；
[0043]
图4为本发明实施例的含水层结构示意图；
[0044]
图5为本发明实施例的渗透系数赋值示意图；
[0045]
图6为本发明实施例的污染源示意图；
[0046]
图7为本发明实施例的不同时刻污染物浓度反演结果验证图；
[0047]
图8为本发明实施例的不同距离污染物浓度反演结果验证图。
具体实施方式
[0048]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发
明作详细描述。
[0049]
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0050]
本发明实施例中，渗透系数又称水力传导系数，是描述介质渗透能力的重要水文地质参数。根据达西公式，渗透系数代表当水力坡度(水力坡度，仅仅考虑的是水流机械流动的水头下降)为1时，水在介质中的渗流速度，单位是m/d或cm/s，渗透系数大小与介质的结构、(颗粒太小、排烈、空隙充填等)和水的物理性质(液体的粘滞性、容重等)有关。
[0051]
导水系数即含水层的渗透系数与其厚度的乘积。其理论意义为水力梯度(水力梯度考虑水流机械流动的水头下降，还包括因水流浓度，温度场等不均一引起的水头下降)为1时，通过含水层的单宽流量，常用单位是m2/d。导水系数只适用于平面二维流和一维流，而在三维流及剖面二维流中无意义。
[0052]
本发明实施例的一种模拟污染物在土中运移的模型试验方法，包括以下步骤：
[0053]
根据待分析区的水文地质资料，建立三维的水文地质概念模型；水文地质概念模型中包括有地下水位置和流向以及污染源信息；
[0054]
通过对待分析区进行多处钻孔取采样点的剖面进行分层对比，将水文地质概念模型进行分层，并分别在水平方向以及深度方向上划分为多个网格；分层包括含水层，根据含水层的岩性以及孔隙水分布将含水层划分为两个以上的含水岩组；根据地下水等水位线，对三维含水层模拟结构的边界进行概化；
[0055]
根据采样点的现场及室内渗透性试验确定两个以上含水岩组中各组分的渗透系数，并根据渗透系数将两个以上的含水岩组分为强富水区、中等富水区和\或较弱富水区，根据划分结果，分别赋予不同的渗透系数至两个以上模拟层中对应的各富水区的多个网格；
[0056]
采用基于叶氏逐次线性估计的水力层析扫描法，依据水头数据估计各含水岩组中、各富水区以及各层边界以及周边界的渗透系数；更新水文地质概念模型的渗透系数；
[0057]
加载已有实测的水头数据以及污染源和污染浓度至水文地质概念模型，进行污染运移演化分析和对比，形成待分析区内地下水污染物运移规律。
[0058]
本发明实施例提出的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，根据待分析区的水文地质资料，以及待分析区进行多处钻孔取采样点的进行结合，建立水文地质概念模型，并通过对含水层采用非均质化的分层，以及对各层的边界进行分别概化，并采用叶氏逐次线性估计的水力层析扫描法估计各层参数，完善水文地质概念模型的数值模型，在此基础上进行污染运移演化分析和对比，形成待分析区内地下水污染物运移规律。使得污染物在土中运移研究模拟精度更高，模拟结果更优。
[0059]
实施时，地下水污染物运移规律包括：不同污染源强度、不同网格内的污染物浓度随时间的变化规律。
[0060]
实施例1：
[0061]
以下以某区域为例，详细说明本发明的模拟污染物在土中运移的模型试验方法：
[0062]
通过待分析区水文地质资料的分析，待分析区大部分为第四纪松散层覆盖，基岩
露头零散，局部白垩系地层出露，结合野外调查，通过区内钻孔剖面进行分层对比，在勘探深度范围内，本区揭露的地层主要有：白垩系和第四系，侏罗系视为中浅部主要含水层的隔水底板。
[0063]
待分析区位于鄂尔多斯高原北部风沙滩地区，如图2所示，东、西宽约43km，南、北长约46km，大地坐标x＝4290000～4336000m，y＝370000～413000m，总面积约2003km2。z方向上部以地表为界，下部总体模拟深度为300m，但考虑到模型尺度及边界效应，取深度方向为4500m。三维含水层数值模型尺寸为43km
×
45km
×
4.5km，由179195个计算网格组成，其中水平方向网格尺寸为1000m
×
1000m，深度方向网格尺寸为50m，如图3所示。
[0064]
研究地质、水文地质条件，待分析区内存在第四系孔隙水和白垩系碎屑岩类裂隙孔隙水。因白垩系洛河组泥岩厚度小，且多呈透镜体状展布，不能构成连续性隔水层，故同上覆风积沙构成了统一的含水系统，水力联系密切。将待分析区含水层概化为三个含水岩组：
①
第四系风积沙含水岩组，主要为第四系风积松散岩类孔隙含水介质；
②
白垩系砂岩、砂岩泥岩互层含水岩组，为碎屑岩类孔隙裂隙含水介质。根据待分析区内地层的结构与分布状况，划分出两个模拟层。由地表至下，第一层对应实际地层中的第四系风积沙含水岩组，并根据气田区域地质特征将表层分为细砂、粉砂、粉质黏土；第二层对应实际地层中的白垩系，其中第二层厚度参照现有井的深度进行确定，底面为模拟层底部边界。根据现场及室内渗透性试验确定了各组分的渗透系数，从试验结果可得，将区域内分为强富水区、中等富水区、较弱富水区，分别赋予不同的渗透系数，如表1所示。最终得到了三维含水层结构，如图4，图5所示。
[0065]
表1各层模拟渗透系数赋值
[0066][0067]
边界条件是影响三维地下水模型计算结果的重要控制条件，根据现场及地勘资料进行合理的设置。待分析区域东、西边界(如图2中ac段、bd段)与地下水等水位线几乎平行，概化为定水头边界(第一类边界)；南、北边界(如图2中cd段、ab段)与地下水等水位线斜交，概化为弱流量边界(第二类边界)边界。待分析区的顶面为潜水面，在该面上发生着降水入渗、潜水蒸发等垂向水交换作用，概化为潜水面边界；下界面概化为隔水，各含水岩组均为非均质介质。第四系风积沙松散岩类孔隙含水介质概化为各向同性介质；其余含水岩组在水平方向上概化为各向同性介质，考虑到各含水岩组中存在泥岩层、亚粘土、亚砂土层，将各含水岩组在三维空间上概化为各向异性介质(轴对称各向异性介质)。同时待分析区内地下水流三维流特征显著，因此将待分析区地下水概化为非均质各向异性非稳定三维流。
[0068]
通过分析水文地质条件，待分析区内水文地质概念模型的三维各向异性非稳定流数学模型如式(1)：
[0069][0070]
式(1)中，k
xx
、k
yy
、k
zz
分别为x、y、z方向的渗透系数，m/d；h为地下水水头，m；ω为源汇项；ss为储水系数；h0为含水层初始水头，m；h1为各层边界水位，m；q(x,y,z,t)为含水层二类边界单宽流量，m/d；ω为渗流区域；γ1为水头已知边界，第一类边界；γ2为流量已知边界为渗流区域的侧向流量边界，第二类边界；n为渗流区边界的单位外法线方向。
[0071][0072]
式(2)中:d
xx
、d
yy
、d
zz
分别为x、y、z三个主方向的弥散系数，m2/d；u
x
、uy、uz分别为x、y、z三个主方向的水流速度，m/d；c为溶质浓度，mg/l；c0为初始溶质浓度，mg/l；f为其他源汇项，mg/(l﹒d)。
[0073]
实施时，采用基于叶氏逐次线性估计的水力层析扫描法，依据水头数据估计各含水岩组中、各富水区以及各层边界以及周边界的渗透系数。
[0074]
层析扫描的本质是通过观测值反推出非均质参数分布规律的数据融合与反分析算法。它基于贝叶斯地统计学原理解译监测数据，以连续线性估计算法吸收含水层水力参数反演中的非线性过程，以观测数据和待估参数的协相关关系为主要依据更新参数后验均值和协方差，可以方便吸收各种类型的数据。连续线性估计算法以迭代的方法对数据的信息进行线性化，在迭代过程中，在时间上采用同时吸收模式，可以有效解决非线性问题，避免传统数据同化算法等可能出现的参数-观测不一致问题。
[0075]
利用流动控制方程计算水头场，由初次线性估计求得相应的渗透系数场获得各采样点的渗透系数的初始估计值，从而确定每个采样点处水头观测值与水头估计值之差，然后将差值应用到线性估计中以修正渗透系数的初始估计值，修正后的渗透系数的估计值应用于计算新的水头场获得各采样点的水头修正值，再次求得每个采样点处的水头观测值与水头修正值之间的差值，随后再将差值代入线性估计中进一步修正渗透系数的估计值。
[0076]
实施时，将含水层划分为两个以上含水岩组时，将不能形成连续性隔水层或不能形成连续性含水层的含水岩组并入相邻的连续的含水岩组。运用层析扫描方法能够很好地探明含水层渗漏带分布及其连通关系，而且能够更清晰地对溶质运移进行成像。
[0077]
本实施例中，进行污染运移演化分析和对比，包括以下步骤：
[0078]
确定模型试验范围，设置边界条件，并以污染源为中心，布设水力参数探测井；
[0079]
通过对某探测井施加刺激的同时记录其他探测井中水位和污染物浓度的变化；对某探测井施加刺激包括：进行抽水或注水；
[0080]
采用连续线性估计算法对采集的响应信息进行反演，刻画含水层中水力参数分布；
[0081]
通过含水层水力参数与污染物浓度的关系，刻画含水层中污染物分布情况；含水层水力参数与污染物浓度的关系包括：
[0082]
污染物浓度与渗透系数的关系式：
[0083]
c＝αk
β
[0084]
式中c为污染物相对浓度，％；k为含水层渗透系数，cm/s；q为抽水或注水流量，cm3/s；α、β为拟合参数。
[0085]
考虑稳定流条件下用水头值估计渗透系数的情况。这种情况下，连续线性估计具有如下形式：
[0086][0087]
式中，为点xm处第r次迭代的渗透系数估计值，上标r为迭代次数(当r＝1时，方程与克里格法或协同克里格法形式相同)
[0088]
表示在点xj处的观测水头；为计算水头值，由当前估计值计算得出；h(xj)为根据无条件平均值t计算得到的计算水头平均值；分别为水头和观测水头的扰动量为点xj处观测值与估计值之间的差值对第r次迭代过程中点xm处f估计值的贡献(或权重)；为简便起见，下面将用fm代替法f(xm)。
[0089]
该线性估计必须满足最小均方差准则，即
[0090][0091]
将式3代入式4中得到
[0092][0093]
将式5展开并改写为
[0094][0095]
式中，为点xm处f和点xm处f的有条件(或残余)协方差；为点xm处f和点xj处f的有条件互协方差；
[0096]
为点xj处f和点xk处f的有条件互协方差。
[0097]
为了使式6得到最小权重，将式6对w
mj
求导并令其为零，得到：
[0098][0099]
由于式(7)可以化简为：
[0100][0101]
如果和已知，求解式8即可得到权重值将其带入式(1)得到的新的估计值。类似的，可以依次得到其他位置的权值从而估计整个
[0102]
场。
[0103]
随后，新的h
(r+1)
(x)场可以通过条件平均流动方程计算得到，例如，稳定状态下有确定边界条件的平均流动方程为
[0104][0105]
式中，是场的逆对数；下标c代表有条件，上标eff代表有效参数。对式3到9进行重复运算直到满足以下两个条件：
[0106]
1.h
j(r+1)
对于j取任意值均小于给定误差或趋于稳定
[0107]
2.场的方差趋于稳定
[0108]
在前述程序中,有条件(或残余)协方差函数和
[0109]
可以用以下方法近似得出，用一阶泰勒级数展开式把水头表示出来因此残余的协方差为：
[0110][0111][0112]
式中，上标t代表转置矩阵。
[0113]
要估计式10，首先要确定r＝0时，是协同克里格法协方差函数；r》0时根据以下方程确定：
[0114][0115]
上式是进行r次迭代后估计渗透系数的条件协方差函数，并且代表了所估计的lnt场的近似不确定性。
[0116]
叶氏逐次线性估计(sle)的核心思想是迭代随机估计算法，用于寻找有效参数的最优无偏条件场。此外，迭代方案可以充分利用观测水头所包含的非均质信息来估计t场。因此，由于逐次迭代算法的每一次迭代都会使估计值更趋近于真实值，因此残余协方差必须同步进行更新迭代。
[0117]
本实施例假设存在某污染源，位于红碱淖湖西南测，距离西边界约17km，距离北边界约13.3km，地理坐标如图6所示。其污染物主要为有机污染物，将污染源视作点源污染，研究区域内初始浓度为0.05mg/l。污染源浓度分布设置为200mg/l，400mg/l，600mg/l，1000mg/l。模拟时长4000d，时间步长为50d，只考虑污染物的对流弥散作用。
[0118]
实施时，在建立三维的水文地质概念模型之前，通过待分析区的多个观测井的实测地下水位高度，绘制地下水位等值线，并对地下水流进行识别，将识别结果与待分析区的
水文地质资料所记载的地下水位高度以及地下水位等值线进行比较；验证水文地质资料的准确性，当二者符合时，将地下水位置和流向以及污染源信息加载到水文地质概念模型中。污染源信息包括：污染源位置，污染源发生浓度和污染持续时间。
[0119]
本实施例中，地下水流向自西南向西北，模拟流场的地下水位标高在1308m～1328m之间，与观测流场基本吻合，反应了模拟区地下水流动特征，符合研究区实际的水文地质条件。故可在该水文模型的基础上开展地下水污染物运移的模拟研究。
[0120]
模型中x、y、z方向网格尺寸设置为10m、10m、15m，沿地下水流向在污染源附近布设4个污染物浓度观测点。设污染源为600mg/l，
[0121]
本次模拟将污染源视作点源污染，分别模拟含水介质均质与非均质情况。假定污染持续时间为10d，模拟时长4000d，时间步长为50d，只考虑污染物的对流弥散作用。泄漏浓度分布设置为200mg/d、400mg/d、600mg/d、1000mg/d。沿地下水流向在污染源附近布设4个污染物浓度观测点。
[0122]
非均质含水层源强为600mg/l时的模拟结果可见，污染物对应时段的平面迁移范围分别为：2940.39m2、11976.51m2、2064.58m2、28775.85m2、36633.23m2。与均质模型作为对比分析可知，非均质作用下污染物，污染羽形状整体与均质条件下一致；迁移距离有减小趋势，污染物浓度降低。高浓度区域面积逐步增加，在4000d时污染羽最大水平扩散距离为220.78m，最高浓度为567.32mg/l；在垂直方向上污染物的运移深度不断加深。4000d时最大垂直扩散距离为51.28m。
[0123]
对比不同观测点的污染物随时间的浓度差异，可以看出，介质非均质性对污染物的运移有明显影响，尤其是位于水流方向后方的观测点浓度差异最大，介质的非均质性进一步削弱了污染物逆水流扩散能力。同源强的水平方向和垂直方向的污染物浓度低于均质情况，这说明污染物在地下水中的运移过程中，对介质的非均质性敏感。随着源强的增大，非均质带来的影响更加明显。
[0124]
为了评估和验证运用层析扫描方法刻画污染物运移反演结果的准确性，假设污染物浓度与渗透系数存在正比例关系，将上述模拟得到的浓度分布转换为渗透系数分布，并将其作为反演的输入，反演生成的渗透系数随机场通过前述的浓度与渗透系数关系，进而转换为污染物浓度分布。将正演所得到的浓度分布数据与采用层析扫描反演的数据进行对比，如图7所示。图7证明了在不同时间段反演的浓度分布与正演模型的浓度分布相关系数均在0.9以上，有极高的相似性。图8说明了在不同的水平距离上，反演结果与实际模拟值基本一致。证明层析扫描技术可精确的刻画污染物的分布。
[0125]
综上可知，本发明实施例通过精确刻画含水层的非均质分布，从而准确反映污染物运移情况，在泄漏事故发生后，可以精确刻画污染物的分布情况，为后续的治理提供帮助。本发明实施例利用野外调查实测数据、收集利用已有勘查数据，以有机污染物为主要污染物，通过地下污染物输运的数值求解，采用数值分析的方法来获取拟合实际情况的数值解，为总结污染物在土中的运移规律以及科学防治提供理论基础。
[0126]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0127]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0128]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
[0129]
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0130]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，包括以下步骤：根据待分析区的水文地质资料，建立三维的水文地质概念模型；所述水文地质概念模型中包括有地下水位置和流向以及污染源信息；通过对待分析区进行多处钻孔取采样点的剖面进行分层对比，将所述水文地质概念模型进行分层，并分别在水平方向以及深度方向上划分为多个网格；所述分层包括含水层，根据含水层的岩性以及孔隙水分布将含水层划分为两个以上的含水岩组；根据地下水等水位线，对所述三维含水层模拟结构的边界进行概化；根据采样点的现场及室内渗透性试验确定所述两个以上含水岩组中各组分的渗透系数，并根据渗透系数将所述两个以上的含水岩组分为强富水区、中等富水区和\或较弱富水区，根据划分结果，分别赋予不同的渗透系数至所述两个以上模拟层中对应的各富水区的多个网格；采用基于叶氏逐次线性估计的水力层析扫描法，依据水头数据估计各含水岩组中、各富水区以及各层边界以及周边界的渗透系数；更新水文地质概念模型的渗透系数；加载已有实测的水头数据以及污染源和污染浓度至所述水文地质概念模型，进行污染运移演化分析和对比，形成待分析区内地下水污染物运移规律。2.如权利要求1所述的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，地下水污染物运移规律包括：不同污染源强度、不同网格内的污染物浓度随时间的变化规律。3.如权利要求1所述的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，进行污染运移演化分析和对比，包括以下步骤：确定模型试验范围，设置边界条件，并以污染源为中心，布设水力参数探测井；通过对某探测井施加刺激的同时记录其他探测井中水位和污染物浓度的变化；所述对某探测井施加刺激包括：进行抽水或注水；采用连续线性估计算法对采集的响应信息进行反演，刻画含水层中水力参数分布；通过含水层水力参数与污染物浓度的关系，刻画含水层中污染物分布情况；所述含水层水力参数与污染物浓度的关系包括：污染物浓度与渗透系数的关系式：c＝αk
β
式中c为污染物相对浓度，％；k为含水层渗透系数，cm/s；q为抽水或注水流量，cm3/s；α、β为拟合参数。4.如权利要求1所述的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，水文地质概念模型如下：式(1)中，k
xx
、k
yy
、k
zz
分别为x、y、z方向的渗透系数，m/d；h为地下水水头，单位为m；ω为
源汇项；s
s
为储水系数；h0为含水层初始水头，单位为m；h1为各层边界水位，单位为m；q(x,y,z,t)为含水层二类边界单宽流量，单位为m/d；ω为渗流区域；γ1为水头已知边界，第一类边界；γ2为流量已知边界为渗流区域的侧向流量边界，第二类边界；n为渗流区边界的单位外法线方向；式(2)中:d
xx
、d
yy
、d
zz
分别为x、y、z三个主方向的弥散系数，单位为m2/d；u
x
、u
y
、u
z
分别为x、y、z三个主方向的水流速度，单位为m/d；c为溶质浓度，单位为mg/l；c0为初始溶质浓度，单位为mg/l；f为其他源汇项，单位为mg/(l﹒d)。5.如权利要求1所述的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，所述采用基于叶氏逐次线性估计的水力层析扫描法，依据水头数据估计各含水岩组中、各富水区以及各层边界以及周边界的渗透系数；包括以下步骤：利用流动控制方程计算水头场，由初次线性估计求得相应的渗透系数场获得各采样点的渗透系数的初始估计值，从而确定每个采样点处水头观测值与水头估计值之差，然后将差值应用到线性估计中以修正渗透系数的初始估计值，修正后的渗透系数的估计值应用于计算新的水头场获得各采样点的水头修正值，再次求得每个采样点处的水头观测值与水头修正值之间的差值，随后再将差值代入线性估计中进一步修正渗透系数的估计值。6.如权利要求1所述的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，在建立三维的水文地质概念模型之前，通过待分析区的多个观测井的实测地下水位高度，绘制地下水位等值线，并对地下水流进行识别，将识别结果与待分析区的水文地质资料所记载的地下水位高度以及地下水位等值线进行比较；验证所述水文地质资料的准确性，当二者符合时，将所述地下水位置和流向以及污染源信息加载到所述水文地质概念模型中。7.如权利要求1所述的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，所述污染源信息包括：污染源位置，污染源发生浓度和污染持续时间。8.如权利要求1所述的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，所述将含水层划分为两个以上含水岩组时，将不能形成连续性隔水层或不能形成连续性含水层的含水岩组并入相邻的连续的含水岩组。9.如权利要求1所述的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，所述含水岩组包括：第四系风积沙含水岩组、白垩系砂岩及砂岩泥岩互层含水岩组。10.如权利要求1所述的模拟污染物在土中运移的模型试验方法，其特征在于，对所述三维含水层模拟结构的边界进行概化，包括将所述边界概化为第一类边界、第二类边界、潜水面边界或隔水面边界，所述含水岩组的介质概化为：各向同性介质、各向异性介质和非均质各向异性非稳定三维流所述第一类边界包括定水头边界；所述第二类边界包括弱流量边界。

技术总结
本发明公开了一种模拟污染物在土中运移的模型试验方法，包括步骤：根据待分析区的水文地质资料，建立三维的水文地质概念模型；水文地质概念模型中包括有地下水位置和流向以及污染源信息；将水文地质概念模型进行分层，分层包括含水层，根据含水层的岩性以及孔隙水分布将含水层划分为两个以上的含水岩组；分别赋予不同的渗透系数至两个以上模拟层中对应的各富水区的多个网格；采用基于叶氏逐次线性估计的水力层析扫描法，进行污染运移演化分析和对比，形成待分析区内地下水污染物运移规律。本发明考虑含水层的非均质性对污染物的不同演化影响，利于污染防治。利于污染防治。利于污染防治。


技术研发人员：顾小凡 段瑞 崔旭东 陶正平 杨炳超 常亮 王晓勇
受保护的技术使用者：中国地质调查局西安地质调查中心（西北地质科技创新中心）
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/23