基于自然电位的充填裂隙溶质运移特征试验研究

摘要

为精细描述充填裂隙溶质运移过程及其特征,设计加工了充填裂隙溶质运移试验模型,开展了不同流速条件下溶质运移试验,研究了充填裂隙溶质运移特征,结合不同测点自然电位(SP)实时动态监测数据,研究充填裂隙内部溶质运移过程。结果表明:1)在试验流速0.0733~0.9630 mm/s范围内,充填裂隙渗透系数为1.85 mm/s,与充填多孔介质渗透系数1.79 mm/s较为接近,水流符合达西定律。2)试验过程中,水流实际平均流速为0.247、0.431、0.661 mm/s时,取样口处溶质峰值浓度分别为5.14、5.50、5.78 g/L,溶质初始到达和峰值到达时间均减少,其中初始到达时间分别为4640、2640、1560 s,峰值到达时间分别为5480、3360、2040 s。3)3种水流实际流速条件下,溶质运移过程中SP响应呈现出相似特征,沿水流方向从1^#到6^#测量电极处峰值SP绝对值逐渐减小,且峰值前SP响应曲线陡峭程度逐渐降低;此外,溶质弥散前锋与溶质弥散峰值浓度点随水流动均呈匀速运移状态,其中溶质弥散前锋相应的平均流速分别为0.214、0.396、0.685 mm/s,溶质弥散峰值相应的平均流速为0.189、0.347、0.571 mm/s。4)基于峰值SP计算的水流实际平均流速与采用溶质峰值浓度计算结果基本一致,但基于峰值SP计算结果更接近实际平均流速(流量计算结果),准确度提高1.5%;随着流速不断增加,采用峰值SP计算的宏观平均流速误差降低9.9%。5)试验发现,与峰值SP值相比,采用初始SP值计算的充填裂隙水流宏观平均流速更接近由流量数据计算的水流宏观平均流速。