光透法实时定量监测多相流的模型及应用研究

Dense Non-aqueous Phase Liquid (DNAPL) is a kind of popular contaminant in ground water system. Many researchers of hydrogeology and environmental sciences focus on the migration mechanisms of DNAPL and its remediation in subsurface media. Multiphase flow occurs when DNAPL infiltrates unsaturated and saturated subsurface media. Real-time quantitative monitoring multiphase flow is the base and a precondition for scientific study on migration mechanisms and remediation methods and techniques of DNAPL in ground water system. Light transmission method is applied to monitor fluid flow in media recent years with advantages of economy, safety, non-destructive and non-invasive technique. Light transmission method will be applied to real-time quantitatively monitor multiphase flow in this project. Objectives of this project include: models of fluid saturations by light transmission method in conditions of two-phase flow and three-phase flow, models and application light transmission method in porous and fractured media, application in homogeneous and heterogeneous porous media, application in saturated and unsaturated media, application in conditions of bioremediation and air sparging。

重非水相液体(DNAPL)污染物是地下水系统中常见的一类有机污染物，对其在地下含水介质中运移规律和修复治理研究是国内外水文地质学和环境科学领域的热点。DNAPL渗入地下含水系统形成多相流，实时定量监测多相流是科学开展地下水系统中DNAPL污染物运移规律和修复治理研究的前提和基础。光透法作为一种经济安全、无损、非侵入的监测方法近年来被用于介质中流体迁移规律监测。本课题拟应用光透法开展多相流实时定量监测的模型和应用系统研究。具体包括：应用光透法建立二相流和三相流条件下的流体饱和度定量模型；光透法在地下水孔隙和裂隙介质条件下的实时定量监测方法和应用；在均质和非均质条件下的应用；在饱和和非饱和条件下的应用；在生物修复和空气扰动修复条件下的应用。

随着地下水中的有机污染问题越来越严重，对重非水相液体( DNAPL) 在含水层中的运移规律和治理修复等研究已成为国内外研究的热点。而定量地下水系统中多相流饱和度是定量上述问题的前提。本项目就是针对这一科学问题开展研究，提出光透法定量地下水孔隙和裂隙介质中多相流饱和度的模型，并根据大量试验结果对所建模型进行了应用和验证。论文首先在孔隙介质条件下，基于光透法定量流体饱和度的原理建立了2个水/气两相流中的光强-饱和度 (LIS)模型， 2个NAPL/水两相流系统LIS模型以及4个NAPL/水/气三相流系统LIS模型。然后将光透法应用于二维粗糙表面裂隙介质中的多相流问题研究，通过室内试验研究裂隙介质中的二相流、地下水曝气(AS)技术在DNAPL修复中的应用和生物修复过程中的生物堵塞的影响。在此基础上将4个两相流LIS模型和4个NAPL/水/气三相流系统LIS模型应用于裂隙介质中，验证模型的有效性。大量实验和数值模拟结果表明，基于光透法原理建立的8个LIS模型，适用于量化均质、非均质孔隙介质、裂隙介质中两相和三相流系统各相饱和度。本研究系统建立了光透法实时无损定量监测均质和非均质孔隙介质、裂隙介质中两相流和三相流的方法，为多相流和DNAPL污染修复等研究提供了可靠的监测技术手段，具有重要的实际意义和应用价值。