CN113702246B - 一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测装置及监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测装置及监测方法，包括实验箱体，所述实验箱体一侧设有进水箱，另一侧设有出水箱，实验箱体内固定有岩体试样，所述的岩体试样被切割成多块岩块，岩块之间设有裂隙，各条裂隙被不同规格的孔隙介质所充填，实验箱体内设有若干个监测点位，其中一部分监测点位为贯穿裂隙的点位，监测点位与传感器连接，传感器另一端连接控制台。本发明能够模拟研究污染物在充填裂隙网络中的迁移规律，并自动监测污染物在裂隙介质中运移的轨迹和路径，以及污染物在充填裂隙网络中不同位置的浓度，提高对裂隙介质中污染物运移规律的认知，为去除裂隙介质中的污染物和污染场地的修复提供理论依据和技术支撑。

Description

一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测装置及监测方法
技术领域
本发明涉及污染物运移修复技术领域，尤其涉及一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测装置及监测方法。
背景技术
地下水资源广泛开发利用一直支持着社会不断向前进步和发展，并且为经济增长提供保障，地下水资源的有效利用和污染管控已经成为保护水资源的必要手段。随着国民工业经济的高速发展和社会人口的不断增长，环境污染特别是地下水污染日趋严重。地下水为人类提供了优质的淡水资源，相当一部分饮用水源都取自地下水。近年来，随着城市化和工农业的快速发展，超负荷的开发利用使地下水污染逐渐加重，已成为国际科学界的研究热点。裂隙是一种重要的地下水赋存介质，在我国，基岩裂隙分布广泛，其中不仅蕴藏着丰富的地下水资源，同时也是天然油气储存和运输的主要场所和通道。随着水利水电工程、油气田开发、隧洞工程、核废料深埋储存、地热能开采等大型地下工程的建设，裂隙介质渗流与污染物迁移的研究被摆到突出的位置。
目前，由于野外地质条件极其复杂的特性，关于裂隙介质中污染物的迁移规律的研究进展缓慢，且大多集中于单条独立裂隙领域，目前仍未见有针对充填裂隙网络中污染物迁移的监测装置和方法，如果能组建一套模拟研究污染物在充填裂隙网络中迁移的实验装置，并能够自动监测污染物在裂隙介质中运移的轨迹和路径，以及污染物在充填裂隙网络中不同位置的浓度，能够提高对裂隙介质中污染物运移规律的认知，为去除裂隙介质中的污染物和污染场地的修复提供理论依据和技术支撑。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测装置及监测方法，自动监测污染物在裂隙介质中运移的轨迹和路径。
技术方案：本发明包括实验箱体，所述实验箱体一侧设有进水箱，另一侧设有出水箱，实验箱体内固定有岩体试样，所述的岩体试样被切割成多块岩块，所述的岩块之间设有裂隙，各条裂隙被不同规格的孔隙介质所充填，所述的实验箱体内设有若干个监测点位，其中一部分监测点位为贯穿裂隙的点位，所述的监测点位与传感器连接，传感器另一端连接控制台。
所述的裂隙包括NE方向的裂隙与多条NW方向的裂隙，NE方向的裂隙与多条NW方向的裂隙分别相交。
所述贯穿裂隙的点位分别位于裂隙端部、裂隙底部、裂隙交叉点处。
所述的岩体试样采用螺丝或结构胶透明固定在实验箱体中，以玻璃胶透明等胶封岩体与亚克力板间的空隙。
所述的进水箱及出水箱与实验箱体相连的一面均布设有若干个透水孔。
所述的进水箱及出水箱底部均设有排水阀，用于控制实验箱体的水位线。
所述的进水箱与溢流槽连通，通过调节溢流槽的高度可控制水面高度或将溢流槽视为污染物投源装置。
所述的实验箱体底部安装有底座，底座通过若干螺丝与实验箱体连接。
所述的监测点位通过导线与传感器连接，传感器另一端通过导线连接电脑，用于自动监测污染物迁移的实时动态过程。
一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测方法，包括以下步骤：
(1)岩土介质填装，在裂隙岩体两侧和底部均匀铺设实验标准砂，在裂隙中分别充填不同粒径的实验砂，填装结束后，沿裂隙岩体上方铺设滤网，滤网上平铺砾石；
(2)污染物注入，在砾石层上方铺设一层保鲜膜，并压入砂箱试验模型中，打开输油阀门，注入柴油溶液，实验开始时，抽掉保险膜；
(3)利用传感器实时监测各点位的压力值变化，以判断污染物到达位置，并间隔收集样品进行吸光度分析；
(4)配置不同浓度的柴油溶液，并测定其在室温下的吸光度值，得出柴油浓度和吸光度的关系式为：y＝0.3821x+0.0036，最后计算和分析不同充填粒径下的柴油迁移情况。
有益效果：本发明能够模拟研究污染物在充填裂隙网络中的迁移规律，并自动监测污染物在裂隙介质中运移的轨迹和路径，以及污染物在充填裂隙网络中不同位置的浓度，提高对裂隙介质中污染物运移规律的认知，为去除裂隙介质中的污染物和污染场地的修复提供理论依据和技术支撑，此外为模拟野外不同情况，装置可进行定量化、可重复性的试验研究。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的左视图；
图4为柴油浓度与吸光度标准曲线；
图5为0.15-0.3mm充填粒径下各监测点位的吸光度变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，本发明包括实验箱体1，实验箱体1由亚克力板拼接组合而成，构成可拆卸式的长方体箱体，尺寸约为100cm×80cm×5cm，实验箱体1左侧设有进水箱2，相连一侧布设若干个等距离分布的透水孔15，如图3所示。进水箱2通过橡胶软管13与溢流槽12连通，通过调节溢流槽12的高度可控制水面高度或将溢流槽12视为污染物投源装置。实验箱体1右侧设有出水箱3，相连一面布设若干个等距离分布的透水孔15，进水箱2和出水箱3底部均设有排水阀9，用于控制实验箱体1的水位线。实验箱体1底部安装有底座8，底座8四周通过加强固定件7加固，底座8通过若干螺丝14与实验箱体1连接，如图2所示。
如图1所示，实验箱体1内固定有岩体试样5，岩体试样5为野外采集的真实岩体，规格约为50cm×50cm×5cm，经切割分为六块大小不一，形状各异的岩块，岩块之间设有不同规格的裂隙4，且各条裂隙4被不同规格的孔隙介质所充填。岩体试样5竖向填入实验箱体1中，并采用螺丝或结构胶透明或其它方法固定在实验箱体1中，以玻璃胶透明等胶封岩体与亚克力板间的空隙。裂隙4包括一条NE方向的裂隙与两条平行的NW方向的裂隙，NE方向的裂隙与两条NW方向的裂隙分别相交。
实验箱体1前后两侧贯通设有若干个监测点位6，监测点位6包括两部分，一部分为贯穿裂隙4中的点位，分别位于三条裂隙的裂隙端部、裂隙底部、裂隙交叉点处；另一部分为除裂隙充填的其他部分，监测点位6均匀布置，其直径d＝0.3cm。监测点位6通过导线11与微型传感器连接，微型传感器为外接设备，另一端通过导线11连接电脑10，用于自动监测污染物迁移的实时动态过程。
一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测方法，包括以下步骤：
步骤(1)，岩土介质填装，在裂隙岩体两侧和底部均匀铺设实验标准砂(粒径0.08-2mm)，在三条裂隙中分别充填不同粒径的实验砂(0.15-0.3mm，0.3-0.5mm，0.5-1.0mm)，每填充2-3cm高度，利用硬纸板轻轻压实以保持砂层紧密(压实过程中尽量用力均匀)，逐层铺设至砂土厚度与裂隙岩体顶面高度齐平时结束。沿裂隙岩体上方铺设一层滤网，滤网上方平铺5cm左右砾石(减弱污染溶液对裂隙中填充介质的冲蚀影响)。
步骤(2)，污染物注入，在砾石层上方铺设一层保鲜膜，均匀压入砂箱试验模型中，打开输油阀门，注入924g配置好的柴油溶液，实验开始时，迅速抽掉保险膜，使污染溶液瞬时均匀下渗。
步骤(3)，监测，监测点位上外接的微型传感器实时监测各点位的压力值变化，以判断污染物到达位置，并间隔30min收集样品进行吸光度分析。
步骤(4)，柴油浓度与吸光度关系，配置不同浓度的柴油标准溶液，分别为0.057mg/mL、0.085mg/mL、0.113mg/mL、0.142mg/mL、0.170mg/mL、0.198mg/mL、0.227mg/mL、0.255mg/mL、0.283mg/mL，采用紫外分光光度计测定其在室温下的吸光度值，并绘制了柴油浓度与吸光度关系图(图4)，得出柴油浓度和吸光度的关系式为：
y＝0.3821x+0.0036
最后计算和分析不同充填粒径下的柴油迁移情况，并绘制了0.15-0.3mm充填粒径下各监测点位(以J1、J2、J3和J4为例)吸光度变化图(图5)。
从图中可以看出，位于两裂隙相交处监测点位J2和J3的污染物浓度明显大于相同高度的J1和J4的污染物浓度，且浓度随时间的增加而增大，整个迁移过程持续约4小时。另外裂隙倾角的大小会对污染物迁移产生一定的影响，倾角越大，污染物迁移速度越快。由此可以发现，本发明具备监测充填裂隙网络中污染物迁移轨迹、路径和迁移速度的功能。
本发明能够模拟研究污染物在充填裂隙网络中的迁移规律，并自动监测污染物在裂隙介质中运移的轨迹和路径，以及污染物在充填裂隙网络中不同位置的浓度，提高对裂隙介质中污染物运移规律的认知，为去除裂隙介质中的污染物和污染场地的修复提供理论依据和技术支撑。本发明为了在实验室中模拟野外真实裂隙介质渗流特性，试验装置中所选用的裂隙岩体为野外真实岩体，此外为模拟野外不同情况装置可进行定量化、可重复性的试验研究。

Claims (7)

1.一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)岩土介质填装，在裂隙岩体两侧和底部均匀铺设实验标准砂，在裂隙中分别充填不同粒径的实验砂，填装结束后，沿裂隙岩体上方铺设滤网，滤网上平铺砾石；
(2)污染物注入，在砾石层上方铺设一层保鲜膜，并压入砂箱试验模型中，打开输油阀门，注入柴油溶液，实验开始时，抽掉保鲜 膜；
(3)利用传感器实时监测各点位的压力值变化，以判断污染物到达位置，并间隔收集样品进行吸光度分析；
(4)配置不同浓度的柴油溶液，并测定其在室温下的吸光度值，得出柴油浓度和吸光度的关系式为：y＝0.3821x+0.0036，最后计算和分析不同充填粒径下的柴油迁移情况；
所述监测方法通过以下监测装置实现，所述监测装置包括实验箱体(1)，所述实验箱体(1)一侧设有进水箱(2)，另一侧设有出水箱(3)，实验箱体(1)内固定有岩体试样(5)，所述的岩体试样(5)被切割成多块岩块，所述的岩块之间设有裂隙(4)，各条裂隙(4)被不同规格的孔隙介质所充填，所述的实验箱体(1)内设有若干个监测点位(6)，其中一部分监测点位(6)为贯穿裂隙(4)的点位，所述的监测点位(6)与传感器连接，传感器另一端连接控制台；
所述的裂隙(4)包括NE方向的裂隙与多条NW方向的裂隙，NE方向的裂隙与多条NW方向的裂隙分别相交；
所述贯穿裂隙(4)的点位分别位于裂隙端部、裂隙底部、裂隙交叉点处。
2.根据权利要求1所述的一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测方法，其特征在于，所述的岩体试样(5)采用螺丝或透明结构胶固定在实验箱体(1)中。
3.根据权利要求1所述的一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测方法，其特征在于，所述的进水箱(2)及出水箱(3)与实验箱体(1)相连的一面均布设有若干个透水孔(15)。
4.根据权利要求1或3所述的一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测方法，其特征在于，所述的进水箱(2)及出水箱(3)底部均设有排水阀(9)。
5.根据权利要求4所述的一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测方法，其特征在于，所述的进水箱(2)与溢流槽(12)连通。
6.根据权利要求1所述的一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测方法，其特征在于，所述的实验箱体(1)底部安装有底座(8)。
7.根据权利要求1所述的一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测方法，其特征在于，所述的监测点位(6)通过导线(11)与传感器连接，传感器另一端通过导线(11)连接电脑(10)。
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