【正文】 念 ? 水動力彌散系數(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)對某種溶解物質(zhì)彌散能力的參數(shù)。 ? 水動力彌散系數(shù)是一個與流速及多孔介質(zhì)有關的張量，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動很小，彌散作用可忽略。 ? 水動力彌散系數(shù)包括機械彌散系數(shù)（ D′ ）與分子擴散系數(shù)（ D″ ）。 ? 當?shù)叵滤魉佥^大時，分子擴散系數(shù)可以忽略。 ? 假設彌散系數(shù)與孔隙平均流速呈線性關系，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、水動力彌散系數(shù)的確定方法 ? 彌散系數(shù)的測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)彌散試驗確定，但大量資料表明，實驗室模擬與野外測量得到的彌散度有數(shù)量級上的差異（一般是室內(nèi)測定值偏?。?，現(xiàn)在已開始研究利用尺度效應分維來描述縱向彌散度隨尺度增加而增大的規(guī)律。 ? （ 1）試驗原理 ? 設通過充滿多孔介質(zhì)的土柱中的一維均勻水流，溶質(zhì)在運動過程中不發(fā)生化學作用，也不與介質(zhì)發(fā)生作用。在 t0時刻整個土柱中的溶液均勻分布，濃度為零，在進水端瞬時注入示蹤劑，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時刻計算點的濃度 Cmax— 觀測點的峰值濃度； X— 計算點的坐標； t— 時間； D— 彌散系數(shù)（ m2/d）； u— 地下水的實際流速； 1212m a x ( 1 )Rt P P??? ? ?為峰值到達時間。 利用上述計算三個計算公式繪制 CR~tR理論曲線。 （ 2）試驗步驟 ? ① 裝試樣。實驗裝置采用土柱儀，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，把供水瓶按實驗裝置圖連接，自上而下供水； ? ③測量滲透速度。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有測壓點，它與測壓管讀數(shù)板相接，可直接讀出測壓點的水頭。根據(jù)一定時間內(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。每隔 10cm有一電極，與電導率儀相通，用于測量電極處濃度； ? ⑤保持上下游水頭穩(wěn)定，在柱體頂部瞬時加入示蹤跡，記時間t=0； ? ⑥每間隔一定時間測量各電極點處的電導率，直到電導率值達到穩(wěn)定。 1 23456789實驗裝置圖 1— 定水頭供水瓶； 2— 裝示蹤劑瓶 。 3— 閥門 。 4— 裝樣筒； 5— 電極； 6— 電導率儀； 7— 測壓管； 8— 過濾板； 9— 出水管 （ 3）資料整理 ? ① 在直角坐標系和半對數(shù)坐標系中分別繪制各電極點 C/C0～t曲線（圖 7－ 7）； ? ②用直角坐標曲線求參數(shù)； ? 在圖中找出 C/C0值分別等于 ，按下式計算水動力彌散系數(shù) D。 0 .16 0 .840 .16 0 .8418X u t X u tDtt??? ? ? ???????式中： D— 水動力彌散系數(shù)（ m2/d）； X— 計算點的坐標； u— 滲流的實際速度（ m/d）。 C / C 0t t t圖 7－ 7 C/C0～ t關系曲線 ? 野外彌散試驗是在沿地下水流向上布置的試驗井組中進行。在上游的投源井（又稱主井）中投放示蹤劑，通過下游的監(jiān)測井（接收井或取樣井）觀測示蹤劑在水流方向上隨空間、時間的變化，根據(jù)觀測記錄資料，選相應的簡化數(shù)學模型計算水動力彌散系數(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瞬時注入示蹤劑的二維彌散試驗的原理及方法。 （ 1）數(shù)學模型及其解 ? 設在含水層的 xy平面上，存在達西流速的一維流動。 x軸方向與流速方法一致。當 t=0，在原點（ 0， 0）處有一注入井，向單位厚度含水層中瞬時注入質(zhì)量為 m的示蹤劑，這一問題的數(shù)學模型是： 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— 示蹤劑投放的時段； ? C（ x， y， t） — 在 t時刻的（ x， y）處減去背景值的示蹤劑濃度； ? u— 地下水實際流速； ? 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)定流場中瞬時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）實驗方法 ? ① 試驗井組布置 ? ②示蹤劑的選擇 ? ③投放示蹤劑 ? ④示蹤劑濃度變化監(jiān)測 123456投源孔地下水主流向2—— 監(jiān)測井圖 7 － 8 彌散試驗井孔布置示意圖 （ 3）資料整理 ? 根據(jù)監(jiān)測井中示蹤劑濃度隨時間的變化資料，利用有關的理論公式，便可計算處地下水的流速和水動力彌散系數(shù)。 ? 根據(jù)投源井到監(jiān)測井的距離和示蹤劑從投源井到監(jiān)測井的時間（一般選取監(jiān)測井中示蹤劑出現(xiàn)初值與峰值出現(xiàn)時間的中間值）可近似地計算出地下水流速。 ? 根據(jù)監(jiān)測井中示蹤劑濃度隨時間的變化的監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制各監(jiān)測井示蹤劑濃度 C（或某時刻濃度 /峰值濃度）和監(jiān)測時間 t相關的 C（ t）～ t曲線。對不同水文地質(zhì)條件及示蹤劑投放方式的彌散試驗可選擇不同的方法求解水動力彌散系數(shù)。 ? 對于前述的一維穩(wěn)定流場瞬時注入示蹤劑的二維彌散試驗，可根據(jù)逐點求參法、直線圖解法及標準曲線法等方法求取水動力彌散系數(shù)。逐點求參法的原理：設有 2個時刻 t t2，對應的濃度為 C C2，利用下式可以得到縱、橫向水動力彌散系數(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— 滲流的實際速度（ m/d）； C1： t1時刻示蹤劑濃度 。 C1— t2時刻示蹤劑濃度 其它符號意義同前。 根據(jù)各監(jiān)測井的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用式上式便可得到 DL與 DT。