地下水弥散系数测定

建议应用范围：瞬时地下水灌注污染，饱水潜水面以下至第一个稳定隔水层以上区域，纵向方向x为水流

注入示踪剂质量,kg100

横截面面积,m260

水流速度0.5

孔隙度0.3

纵向弥散系数2

151030100300

01.07407860.42390080.25638390.07923120.0048695.427E-06

501.07E-1331.578E-253.561E-120.00122840.11081730.0009919

10003.04E-1043.554E-501.706E-140.0048690.0225765

15003.02E-2372.55E-1152.122E-344.13E-070.0639804

200001.32E-2072.365E-636.762E-140.0225765

2500002.36E-1012.137E-230.0009919

3000002.11E-1481.304E-355.427E-06

3500001.69E-2041.536E-503.697E-09

4000001.21E-2693.494E-683.135E-13

45000001.534E-883.311E-18→ t—时间，d

→距注入点的距离，m

弥散度尺度效应：弥散度实验室条件下结果与实际野外宏观试验结果存在线性放大关系，通常呈

可根据线性关系推算出预测范围内弥散度数量级。如评价500m尺度内，横坐标500m对应的斜线，纵坐标即

散度。但使用的图表应规范符合实际域，纵向方向x为水流方向，二维时y方向为垂直于水流方向

5001000

8.115E-099.395E-162.25E-063.561E-13

0.00017877.223E-11

0.00406817.843E-09

0.0265274.558E-07

0.0495591.418E-05

0.0265270.0002361

0.00406810.0021045

0.00017870.0100401

通常把D=D′+D″称为水动力弥散系数（其中D′为机械弥散系数，D″为分子扩散系数），在实验室进行的土柱试验，控制的水力梯度比天然条件下大得多，也就是土柱中渗流的速度远比野外要快，所以一般情况下可用机械弥散通量代替水动力弥散通量，用机械弥散系数D′代替水动力弥散系数D，即D≈D’。也就是说，水动力弥散系数是一个依赖于地下水流速的变量，而弥散度才是反映含水介质性质的参数。

弥散度是用来描述含水层中污染质弥散作用的参数，它是含水层的参数，但不是仅与含水介质有关，而还受试验规模的影响。在实际工作中，很难测得这一参数的准确值。实验室所测得的弥散度值往往与野外测定的相差一个或数个数量级。这是由于含水层的不均匀性，室内很难模拟其真实条件所致。即使野外弥散试验所测得的弥散度值，也不是唯一的，它与试验的规模有关。一般来说，随着试验规模的增大，弥散度的取值也在增大。弥散度野外实测值整理见表1

表1（a）弥散度野外实测值（局部规模）

表1（b）弥散度野外实测值（整体规模）

表1（c）弥散度野外实测值（整体规模）

表1（d）弥散度野外实测值（区域规模）

据孙讷正著《地下水污染数——数学模型和数值方法》（1989），纵向弥散系数DL是纵向弥散度αL与空隙平均流速Vm的乘积，即：DL=αL·Vm。

第六章 水文地质参数的计算

水文地质参数是表征岩土水文地质性能大小的数量指标，是地下水资源评价的重要基础

资料，主要包括含水层的渗透系数和导水系数、承压含水层贮水系数、潜水含水层的给水度、

弱透水层的越流系数及含水介质的水动力弥散系数。水文参数是表征与岩土性质、水文气象

等因素有关的性能大小的相关指标，主要包括降水入渗系数、潜水蒸发系数、灌溉水回渗补

给系数。

确定这些水文地质参数的方法可以概括为两类：一类是用水文地质试验法（如野外现场

抽水试验、注水试验、渗水试验及室内渗压试验、达西试验、弥散试验等），这种方法可以

在较短的时间内求出含水层参数而得到广泛应用；另一类是利用地下水动态观测资料来确

定，是一种比较经济的水文地质参数测定方法，并且测定参数的范围比前者更为广泛，可以

求出一些用抽水试验不能求得的一些参数。

§6.1给水度的确定方法

一、影响给水度的主要因素

给水度是表征潜水含水层给水能力和储蓄水量能力的一个指标，在数值上等于单位面积

的潜水含水层柱体，当潜水位下降一个单位时，在重力作用下自由排出的水量体积和相应的

潜水含水层体积的比值。

给水度不仅和包气带的岩性有关，而且随排水时间、潜水埋深、水位变化幅度及水质的

变化而变化。各种岩性给水度经验值见表6-1。

表6-1 各中岩性给水度经验值 岩 性 给水度 岩 性 给水度 粘 土 0.02～0.035 细 砂 0.08～0.11 亚粘土 0.03～0.045 中细砂 0.085～0.12 亚砂土 0.035～0.06 中 砂 0.09～0.13 黄土状亚粘土 0.02～0.05 中粗砂 0.10～0.15 黄土状亚砂土 0.03～0.06 粗 砂 0.11～0.15 粉 砂 0.06～0.08 粘土胶结的砂岩 0.02～0.03 粉细砂 0.07～0.010 裂隙灰岩 0.008～0.10

岩土性质对给水度的影响，主要有三个方面，即岩土的矿物成分，颗粒大小、级配及分

土壤及地下水污染研究进展 一、土壤及地下水污染研究进展 目前人们对污染物在土壤及地下水中迁移转化规律的研究，一是通过室内土柱试验和野外大田试验进行实测模拟分析，二是通过建立数学模型来进行数值模拟分析，通过模型模拟来预测污染物浓度的时空变化规律，以便采取控制措施，使土壤和地下水环境受影响的程度降为最低。根据污染物在土壤及地下水系统中的迁移途径，研究者分别从表层土、含水层及非饱和带 3个方面进行了研究，并取得了一系列成果。 （一）污染物在表土层中迁移转化的研究 表土层污染物主要有无机废物污染及有机废物污染，国内外许多学者对上述各种污染物开展了大量的研究工作，尤其是重金属、化肥和有机农药方面的研究受到农学家们的高度重视。学者们对于污染物在土壤作物系统的吸附、迁移、转化、归宿和分布规律方面的研究，都取得了较大的成果。但由于土壤环境的复杂多样性，而且污染物的种类、污染途径、污染物与环境各要素作用机理不同，因此对各种类型的污染必须分别研究。 1．污染物在表层土中迁移转化研究 由于表层土壤中含有大量的有机质和微生物，使得各种污染物在其中发生了复杂的物理、化学和生物反应。考虑到表土层比较薄，国内外大多都采用黑箱模型来描述污染物的迁移转化规律，对于内部机理的研究成果较少。如美国的

Jury(1971在砂土中拌盐用灌水入渗淋溶试验观测溶质在均匀土壤中的迁移规律；Jaynes(1991在野外进行了漫灌条件下Br - 离子的示踪试验；Ellsworth(1996在露天试验场进行了微区试验，研究了Br - 、Cl - 、NO 3 - 随水流在非饱和土壤中的运移规律。近年来，土壤学家借助于室内外模型试验，正在确定土壤的环境容量，美国等发达国家正在进行表土层的灰箱模型研究，如Geng等人将氮循环过程看作“灰箱”，进行土壤地下水系统的氮循环迁移模拟，并在不同区域范围和不同环境条件下进行了应用，得到了满意的结果。该模型由3个子模型构成，分别模拟硝酸盐迁移过程中各个环节，即土壤中氮循环和硝酸盐渗出量模型、硝酸盐从土壤到含水层的迁移量模型、以及二者的耦合模型。 2．污水灌溉引起的土壤污染问题 污水灌溉是解决水资源缺乏和污水资源化的重要工程措施，污水中大多含有比较丰富的有机物质，它们在一定条件下分解，能为农作物提供可利用的氮、磷等多种养分，作物增产效果明显，但是由于污水中含有不同种类的污染物质，长期利用这种污水进行灌溉已经在一定程度上造成了土壤环境的恶化。尤其是重金属污染，可在土 壤和生物中富集造成对土壤和作物的污染，损害人类健康。重金属在土壤中积累的初期，不易被人们觉察或注意，属于潜在危害。目前研究比较深入的有 Hg、Cd、Pb、As、Cr、Cu、Zn、Se、Ni等。由于它们各具不同的特性，其迁移、转化的特点以及造成的污染危害也不尽相同。所以在研究其危害时，不仅要注意它们的总含量，还必须重视各种形态的含量，同时也要考虑作物对它们的影响。 3．农药化肥引起的土壤污染问题 随着农业现代化的发展，化肥农药的大量使用已成为土壤环境污染的最主要因素，如氮、磷污染引起水体的富营养化，硝酸根污染地下水的问题。国内外学者对土壤中氮素转化的各种物理、化学和生物化学的作用机理进行了大量的理论和实验研究，并得到了许多有益的规律性的认识。近年来，人们已建立起各种污染物迁移模型来模拟化肥和农药及其残留物在土壤和地下水中的归趋和迁移。如武强 (1991研究了排水条件下饱和非饱和水盐运动规律；徐玉佩(1993对野外条件下水动力弥散系数的测定方法进行了研究；冯绍元(1995研究了排水条件下饱和土壤中氮肥转化与运移问题；杨大文、杨诗秀(1992在室内土柱上研究了杀虫剂在土壤中迁移及其影响因素，考虑了对流、弥散、吸附、降解四因素的影响，结果表明:对流、弥散、吸附作用对农药运移影响很大，而降解作用影响小，降解仅决定了农药在土壤中的残留量；黄元仿等人在田间条件下研究氮素运移的模拟模型时，考虑了以上各影响因素，但由于控制方程太复杂，无法在田间验证，而仅做了氮平衡计算，讨论了氮肥施入的动向。结果表明：根系吸氮总量远远大于其它一切影响因素，是氮在农田中的主要支出项。目前国外对农药引起的环境污染问题高度重视，不断淘汰对环境有害的农药，逐步推广低毒无害或生物农药。