[发明专利]一种半透明颗粒材料中重非水相有机污染物迁移模拟方法

权利要求书

1.一种半透明颗粒材料中重非水相有机污染物迁移模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)可见光扫描二维半透明颗粒材料，CCD相机接收透射光信号；

(2)基于菲德尔定律计算半透明颗粒材料的孔隙度；

(3)通过得到的孔隙度，以半透明颗粒材料的微观颗粒结构基于分形模型建立孔隙度和渗透率、毛管进入压力的数学关系；

(4)基于BC模型建立刻画DNAPL在颗粒材料中长期迁移的相对渗透率-饱和度模型；

(5)将相对渗透率-饱和度模型融入UTCHEM并把半透明颗粒材料的孔隙度、渗透率和毛管进入压力输入到UTCHEM中，利用UTCHEM对DNAPL的长期迁移进行精确模拟，并与用光透法测定的DNAPL长期迁移过程中DNAPL的饱和度进行对比；

其中，步骤(2)通过菲德尔定律建立透射光与孔隙度之间的关系，得到

lnI_s＝β+nξ

其中，I_s是可见光穿透饱水的半透明材料后的透射光强，I_o是光源的强度，C是一个用于校正透射光强的常数，α_s是材料固相颗粒的与波长相关的吸光系数，d_s是固相颗粒的平均直径，L_T是可见光穿过的二维半透明材料厚度，τ_s,w是材料的固相颗粒和液相水之间界面的透射率，d_o是孔隙的平均直径；当确定β和ξ的数值后，每个像素上的半透明颗粒材料的孔隙度n通过上式进行定量计算。

2.根据权利要求1所述的半透明颗粒材料中重非水相有机污染物迁移模拟方法，其特征在于：步骤(1)在二维砂箱中填充不同粒径的半透明石英砂，使石英砂处于饱水状态，用可见光光源从一侧照射二维砂箱，使可见光穿透石英砂，另一侧用CCD相机接收透射光信号，然后向砂箱中注入DNAPL，使DNAPL在砂箱中进行长时间迁移，整个过程中均用CCD相机对透射光信号进行监测。

3.根据权利要求1所述的半透明颗粒材料中重非水相有机污染物迁移模拟方法，其特征在于：步骤(3)从分形的角度，将半透明颗粒材料看做毛管束的集合，从二维半透明颗粒材料中任取一个研究单元，流体路径长度为L，单元的横截面积为A_L，研究单元中直径大于等于λ的毛管束的数量及其导数为：

其中，D_f是分形维数，λ是毛管束直径，δ是与一个常数参数，λ_max是最大毛细管直径；

研究单元中最小毛细管直径为λ_min，流体的粘度为μ，流动路径两头的压力差为ΔP，根据泊肃叶方程，流量为：

把上式代入达西定律并考虑的比值趋近于0，从而得到渗透率和孔隙度之间的关系：

其中

4.根据权利要求1所述的半透明颗粒材料中重非水相有机污染物迁移模拟方法，其特征在于：在微观尺度，由于半透明颗粒材料是由固相颗粒和它们之间的孔隙组成的，步骤(3)从中任选一个正三角形的研究单元，计算这个单元的孔隙度和孔隙面积：

其中，R_V是固相材料颗粒的平均半径，A是三角形单元的总面积，A_p是单元内的孔隙面积；

把单元内的孔隙近似为一个圆并计算圆的直径λ_l：

孔隙直径是圆的直径和固相颗粒间隙距离的平均值：

其中，L₁是三角形单元的边长，ΔL_g是固相颗粒间隙的距离；

基于孔隙直径d_o，计算毛管进入压力：

其中，P_b是毛管进入压力，ω＝Fσcosθ，θ是流体和固体颗粒界面的接触角，σ是表面张力，F是与毛细管形状和流动方向相关的参数。

5.根据权利要求1所述的半透明颗粒材料中重非水相有机污染物迁移模拟方法，其特征在于：步骤(4)相对渗透率-饱和度模型中驱替过程的相对渗透率为：

其中，l是相的符号，l＝1表示液相水，l＝2表示油相DNAPL，k_rl是相态l的相对渗透率，是相对渗透率端点，n_l是相对渗透率的指数，S_l是l相的饱和度，S_lr是l相的残留饱和度；

DNAPL再分布过程中的相对渗透率为：

其中，

用滞后模型计算相对渗透率端点、指数和相态的残留饱和度：

其中，l和l’分别表示被驱替的相和驱替相，T_l是一个根据残留饱和度数据拟合的参数，是滞后参数，是l相在低滞参数条件中的残留饱和度，是l相在高滞参数条件中的残留饱和度，是l’相在低滞参数条件中的残留饱和度，是l’相在高滞参数条件中的残留饱和度，S_l'r是l’相的残留饱和度，是l相在低滞参数条件中的相对渗透率端点，是l相在低滞参数条件中的相对渗透率指数，是l相在高滞参数条件中的相对渗透率端点，是l相在高滞参数条件中的相对渗透率指数。