【正文】 念 ? 水動(dòng)力彌散系數(shù)（ D）表征地下水中溶質(zhì)遷移的重要水文地質(zhì)參數(shù)，它表征在一定流速下，多孔介質(zhì)對(duì)某種溶解物質(zhì)彌散能力的參數(shù)。 ? 水動(dòng)力彌散系數(shù)是一個(gè)與流速及多孔介質(zhì)有關(guān)的張量，具有方向性，即使在各向同性介質(zhì)中，沿水流方向的縱向彌散系數(shù)（ DL）和垂直水流方向的橫向彌散系數(shù)（ DT）也不相同，但天然條件下，大多數(shù)地下水垂向上的水流運(yùn)動(dòng)很小，彌散作用可忽略。 ? 水動(dòng)力彌散系數(shù)包括機(jī)械彌散系數(shù)（ D′ ）與分子擴(kuò)散系數(shù)（ D″ ）。 ? 當(dāng)?shù)叵滤魉佥^大時(shí)，分子擴(kuò)散系數(shù)可以忽略。 ? 假設(shè)彌散系數(shù)與孔隙平均流速呈線性關(guān)系，這樣可先求出彌散系數(shù)再除以孔隙平均流速便可獲取彌散度。 二、水動(dòng)力彌散系數(shù)的確定方法 ? 彌散系數(shù)的測(cè)定大都采用示蹤劑在含水層中的彌散曲線來求解，也可通過室內(nèi)彌散試驗(yàn)確定，但大量資料表明，實(shí)驗(yàn)室模擬與野外測(cè)量得到的彌散度有數(shù)量級(jí)上的差異（一般是室內(nèi)測(cè)定值偏小），現(xiàn)在已開始研究利用尺度效應(yīng)分維來描述縱向彌散度隨尺度增加而增大的規(guī)律。 ? （ 1）試驗(yàn)原理 ? 設(shè)通過充滿多孔介質(zhì)的土柱中的一維均勻水流，溶質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中不發(fā)生化學(xué)作用，也不與介質(zhì)發(fā)生作用。在 t0時(shí)刻整個(gè)土柱中的溶液均勻分布，濃度為零，在進(jìn)水端瞬時(shí)注入示蹤劑，則溶質(zhì)遷移的規(guī)律可用如下方程描述： ? ? ? ?1 22m a x m a xm a xe x p 14RRRPK t tt????????2m a x RPe x p ( 1 )4tRRRCKCtC t??? ? ?????RuttX?uXPD?式中： C— t時(shí)刻計(jì)算點(diǎn)的濃度 Cmax— 觀測(cè)點(diǎn)的峰值濃度； X— 計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo)； t— 時(shí)間； D— 彌散系數(shù)（ m2/d）； u— 地下水的實(shí)際流速； 1212m a x ( 1 )Rt P P??? ? ?為峰值到達(dá)時(shí)間。 利用上述計(jì)算三個(gè)計(jì)算公式繪制 CR~tR理論曲線。 （ 2）試驗(yàn)步驟 ? ① 裝試樣。實(shí)驗(yàn)裝置采用土柱儀，將模擬介質(zhì)分層裝入筒內(nèi)，盡量保持與天然狀態(tài)下的容重和孔隙度； ? ②飽水。把供水瓶與試樣底部的出水口相連，打開閥門由下而上充水，使試樣中空氣排出。飽和后，把供水瓶按實(shí)驗(yàn)裝置圖連接，自上而下供水； ? ③測(cè)量滲透速度。上下游的定水頭用于控制土柱內(nèi)的滲透速度。柱體上每隔一定距離設(shè)有測(cè)壓點(diǎn)，它與測(cè)壓管讀數(shù)板相接，可直接讀出測(cè)壓點(diǎn)的水頭。根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)的出水量與裝樣筒橫截面積的比值求出滲透速度； ? ④電極點(diǎn)。每隔 10cm有一電極，與電導(dǎo)率儀相通，用于測(cè)量電極處濃度； ? ⑤保持上下游水頭穩(wěn)定，在柱體頂部瞬時(shí)加入示蹤跡，記時(shí)間t=0； ? ⑥每間隔一定時(shí)間測(cè)量各電極點(diǎn)處的電導(dǎo)率，直到電導(dǎo)率值達(dá)到穩(wěn)定。 1 23456789實(shí)驗(yàn)裝置圖 1— 定水頭供水瓶； 2— 裝示蹤劑瓶 。 3— 閥門 。 4— 裝樣筒； 5— 電極； 6— 電導(dǎo)率儀； 7— 測(cè)壓管； 8— 過濾板； 9— 出水管 （ 3）資料整理 ? ① 在直角坐標(biāo)系和半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中分別繪制各電極點(diǎn) C/C0～t曲線（圖 7－ 7）； ? ②用直角坐標(biāo)曲線求參數(shù)； ? 在圖中找出 C/C0值分別等于 ，按下式計(jì)算水動(dòng)力彌散系數(shù) D。 0 .16 0 .840 .16 0 .8418X u t X u tDtt??? ? ? ???????式中： D— 水動(dòng)力彌散系數(shù)（ m2/d）； X— 計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo)； u— 滲流的實(shí)際速度（ m/d）。 C / C 0t t t圖 7－ 7 C/C0～ t關(guān)系曲線 ? 野外彌散試驗(yàn)是在沿地下水流向上布置的試驗(yàn)井組中進(jìn)行。在上游的投源井（又稱主井）中投放示蹤劑，通過下游的監(jiān)測(cè)井（接收井或取樣井）觀測(cè)示蹤劑在水流方向上隨空間、時(shí)間的變化，根據(jù)觀測(cè)記錄資料，選相應(yīng)的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型計(jì)算水動(dòng)力彌散系數(shù)。主要的方法有單井脈沖法、多井法和單井地球物理法等。主要介紹一維天然流場(chǎng)瞬時(shí)注入示蹤劑的二維彌散試驗(yàn)的原理及方法。 （ 1）數(shù)學(xué)模型及其解 ? 設(shè)在含水層的 xy平面上，存在達(dá)西流速的一維流動(dòng)。 x軸方向與流速方法一致。當(dāng) t=0，在原點(diǎn)（ 0， 0）處有一注入井，向單位厚度含水層中瞬時(shí)注入質(zhì)量為 m的示蹤劑，這一問題的數(shù)學(xué)模型是： 2222( , ) , 0( , , ) 0 , 0 , 0( , , ) ( , , ) 0 00LTC C C CD D u x y tt x y xC x y t x y tC y t C x t tn C dx dy m t? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ????? ? ?? ? ???? ? ??????? 式中： t— 示蹤劑投放的時(shí)段； ? C（ x， y， t） — 在 t時(shí)刻的（ x， y）處減去背景值的示蹤劑濃度； ? u— 地下水實(shí)際流速； ? DL— 縱向彌散系數(shù)； ? DT— 橫向彌散系數(shù)； ? n— 含水介質(zhì)的孔隙度； ? m— 單位厚度含水層上投放示蹤劑的質(zhì)量。 ? 上述一維穩(wěn)定流場(chǎng)中瞬時(shí)注入示蹤劑的二維彌散問題的解析解為： 22/ ( )( , , ) e x p444 LTLTm n x u t yC x y tD t D tt D D????? ? ??????（ 2）實(shí)驗(yàn)方法 ? ① 試驗(yàn)井組布置 ? ②示蹤劑的選擇 ? ③投放示蹤劑 ? ④示蹤劑濃度變化監(jiān)測(cè) 123456投源孔地下水主流向2—— 監(jiān)測(cè)井圖 7 － 8 彌散試驗(yàn)井孔布置示意圖 （ 3）資料整理 ? 根據(jù)監(jiān)測(cè)井中示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化資料，利用有關(guān)的理論公式，便可計(jì)算處地下水的流速和水動(dòng)力彌散系數(shù)。 ? 根據(jù)投源井到監(jiān)測(cè)井的距離和示蹤劑從投源井到監(jiān)測(cè)井的時(shí)間（一般選取監(jiān)測(cè)井中示蹤劑出現(xiàn)初值與峰值出現(xiàn)時(shí)間的中間值）可近似地計(jì)算出地下水流速。 ? 根據(jù)監(jiān)測(cè)井中示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制各監(jiān)測(cè)井示蹤劑濃度 C（或某時(shí)刻濃度 /峰值濃度）和監(jiān)測(cè)時(shí)間 t相關(guān)的 C（ t）～ t曲線。對(duì)不同水文地質(zhì)條件及示蹤劑投放方式的彌散試驗(yàn)可選擇不同的方法求解水動(dòng)力彌散系數(shù)。 ? 對(duì)于前述的一維穩(wěn)定流場(chǎng)瞬時(shí)注入示蹤劑的二維彌散試驗(yàn)，可根據(jù)逐點(diǎn)求參法、直線圖解法及標(biāo)準(zhǔn)曲線法等方法求取水動(dòng)力彌散系數(shù)。逐點(diǎn)求參法的原理：設(shè)有 2個(gè)時(shí)刻 t t2，對(duì)應(yīng)的濃度為 C C2，利用下式可以得到縱、橫向水動(dòng)力彌散系數(shù)： 221 2 1 2111222( ) ( )4 l n( )Lt t x u t tDCtttCt???221111()e xp [ ]42T LLx utmDDtnC t D??? ?????????式中： u— 滲流的實(shí)際速度（ m/d）； C1： t1時(shí)刻示蹤劑濃度 。 C1— t2時(shí)刻示蹤劑濃度 其它符號(hào)意義同前。 根據(jù)各監(jiān)測(cè)井的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用式上式便可得到 DL與 DT。