[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

说明书

本发明提供了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，通过可见光微观成像技术和材料颗粒的微观分形模型定量确定半透明颗粒材料的孔隙度、渗透率和毛管进入压力，然后用基于BC模型的新的相对渗透率‑饱和度的模型来刻画DNAPL长期迁移过程中的相对渗透率，整个DNAPL复杂的长期迁移过程用UTCHEM来进行精确的模拟。本方法对DNAPL长期迁移的模拟精度高，而且快捷、经济、高效，该方法在对半透明材料性质的测定、材料内部流体等的迁移研究以及含水层DNAPL污染的修复方案设计方面具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种重非水相有机物，具体涉及一种模拟半透明颗粒材料中重非水相有机污染物迁移的方法。

背景技术

随着经济发展，人类活动释放出越来越多的重非水相有机物(dense non-aqueousphase liquid，DNAPL)进入地下对土壤和地下水造成了严重污染。由于DNAPL化学性质稳定且溶解度低，所以当DNAPL进入含水层后，DNAPL往往成为独立的相并滞留在含水层的孔隙中。DNAPL的密度比水大，会一直向含水层深部迁移直到含水层的底部，在含水层的低渗透性透镜体的上部有DNAPL聚集形成的污染池。一旦DNAPL进入地下水系统，DNAPL的残留分散装污染物和聚集的污染池会成为污染地下水的长期污染源，对地下水源和地下生态系统危害巨大。更为严重的是，刻画DNAPL在含水层中的长期复杂迁移过程十分困难，所以对DNAPL长期复杂迁移过程的进行精确模拟并预测DNAPL迁移的行为非常重要。

为了对DNAPL的复杂迁移过程进行研究，一般往往在室内进行DNAPL迁移的实验并对DNAPL的含量进行测定。目前对半透明颗粒材料中DNAPL和水的饱和度进行测定的技术包括X射线、γ射线和光透法。然而在实际测量中，为了方便X射线γ射线穿透材料进行高分辨率微观成像，材料的样品通常要非常小。同时，在应用X射线γ射线技术时，需要复杂的设备、较多的能源及繁杂的测量流程，而且由于X射线γ射线具有放射性，实际操作的工作环境也有很大的放射性风险。近年来最新的可见光透射成像技术(light transmissionvisualization，LTV)的应用越来越广泛，但是目前的可见光透射技术只能确定半透明颗粒材料中的水、污染物等的含量，对半透明颗粒材料本身连通性质无法进行定量化测量。此外，分形方法对多孔介质进行了大量的研究。从分形的角度，自然界一切多孔介质都可以看成是分形的。多孔介质的迂曲度、渗透率、热传导率等已经通过分形方法进行了大量的研究，然而，这些研究仅仅从理论角度对多孔介质进行探索，多孔介质属性实际难以通过分形方法获取。另一方面，是饱和度函数的相对渗透率控制着DNAPL的长期迁移过程的复杂污染行为。已有大量研究提出了多种相对渗透率模型，其中Brooks and Corey(BC)模型和vanGenuchten(VG)应用最为广泛。最新的关于DNAPL的相对渗透率的研究表明，DNAPL在长期迁移过程中的行为十分复杂，因此大多数研究多取DNAPL迁移过程中的一小段进行研究，而没有对整个DNAPL的长期迁移过程进行研究。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了半透明颗粒材料中重非水相有机污染物迁移模拟方法，模拟精度高且高效快捷。

技术方案：本发明提供了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，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；