一种估算地下LNAPL污染量的方法

技术领域

本发明涉及地下水污染与修复技术领域，特别是涉及一种估算地下LNAPL污染量的方法。

背景技术

石油和石油化工产品经常以非水相液体(Non-Aqueous Phase Liquid,NAPL)的形式污染土壤和地下水。其中比水密度大的被称为重非水相液体(Dense Non-Aqueous PhaseLiquid,DNAPL)，如三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)等；比水密度小的为轻非水相液体(Light Non-Aqueous Phase Liquid,LNAPL)，常见的LNAPL多为汽油、煤油、柴油等燃油类。LNAPL具有与水不相溶，难降解和危害大的特点。由于石油化工业发展以及油气储运行业的扩张，因保管不善或意外而发生LNAPL泄漏的现象时有发生。发生泄漏后，LNAPL类污染物会由地面向地下渗透迁移到含水层，如图2所示。由于其不溶于水、密度比水小，容易在潜水界面上积聚起来，短时间内不易被分解，在含水层与包气带之间形成油团状透镜体，从而污染地下水，对生态环境和人体健康等造成了严重的威胁。

其中，对地下LNAPL相污染物监测评估的常规做法是钻井后采样分析，获取地层水质污染等信息。但在实际情况中，监测井中漂浮在水面上的LNAPL相污染物的厚度通常比地层中实际的LNAPL相污染物的厚度大得多，如果将监测井中LNAP相污染物厚度误认为就是地层中污染物的实际厚度，将会导致了产物体积估计的重大误差，进而导致了补救系统设计的不准确性(例如过度设计、泵尺寸不当等)。目前已有学者基于监测井内LNAPL的表观厚度来估算地层中LNAPL的实际厚度。Ballestero等人基于监测井中LNAPL柱的重量tγ

因此，如何更为准确的估算地下水位与地层中游离LNAPL的高度h

发明内容

本发明提供了一种估算地下LNAPL污染量的方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供一种估算地下LNAPL污染量的方法，包括以下步骤：

测量出多个监测井中LNAPL的表观厚度；

采集地层中的含水介质，测量含水介质的饱和含水量和毛细渗透水量；

根据饱和含水量和毛细渗透水量计算出有效毛细上升高度；

根据多个监测井中LNAPL的表观厚度和有效毛细上升高度计算地层中多处LNAPL的实际厚度；

根据地层中多处LNAPL的实际厚度和多个监测井的布设形式建立坐标系；

在坐标系上为多个监测井赋予多个不同的坐标值，根据地层中多处LNAPL的实际厚度和多个不同的坐标值拟合出地层LNAPL分布图以及分布函数；

根据拟合的分布函数，对地层中LNAPL的污染面积、污染体积和污染量进行估算。

优选的，测量含水介质的饱和含水量，具体包括以下步骤：

将采集到的含水介质烘干装入有刻度的柱状容器中并捣实，测量捣实后的含水介质的柱高h；

用量筒向柱状容器中注水，使得含水介质达到饱和，记所需的水量为饱水量Q

优选的，测量含水介质的毛细渗透水量，具体包括以下步骤：

对干燥并捣实后柱高为h的干燥含水介质称重，记干重为G

将柱状容器固定在支架上，垂直插入盛水器中，使得零刻度低于盛水器口；

调节盛水容器的高度，使盛水器的液面高度与柱状容器上的零刻度齐平，并保持试验过程中盛水器内水位不变；

当柱体中含水介质的水位不在向上运移，达到平衡时，称量含水介质的湿重，记为G

含水介质的毛细渗透水量即为干重G

优选的，通过下式计算有效毛细上升高度，计算公式为：

式中，h

优选的，通过下式计算地层中LNAPL的实际厚度，计算公式为：

t

式中，t

优选的，当多个监测井以网格型布设时，通过下式计算地层中LNAPL的污染面积，计算公式为：

式中，x

优选的，当多个监测井以椭圆型布设时，通过下式计算地层中LNAPL的污染面积，计算公式为：

S＝∫f(x)dx

式中，f(x)为地层中LNAPL的垂向分布函数，S为地层中LNAPL的污染面积。

优选的，通过下式计算地层中LNAPL的污染体积，计算公式为：

式中，V为LNAPL的污染体积，z(x,y)为地层中LNAPL的分布函数，n为含水介质孔隙度，Q

优选的，通过下式计算地层中LNAPL的污染量，计算公式为：

m＝ρV

式中，ρ为LNAPL的密度，V为LNAPL的污染体积。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用有效毛细上升高度来代替h

(2)本发明建立了监测井中LNAPL的表观厚度和地层中LNAPL实际厚度之间更为准确的关系，为地下LNAPL污染处理和修复提供了可靠依据，将有助于高效的修复此类污染，对地下水保护与修复事业具有积极意义。

(3)本发明通过采集监测井数据和实验数据进行计算，方法简单，为地下水含水层LNAPL污染量的估算提供了依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种估算地下LNAPL污染量的方法的流程图；

图2为监测井内及周围LNAPL分布示意图；

图3为地层中“薄饼状”区域LNAPL的流向示意图；

图4为本发明实施例的网格型监测井布设图；

图5为本发明实施例的椭圆型监测井布设图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本发明提供了一种估算地下LNAPL污染量的方法，包括以下步骤：

第一步：利用油水界面仪或者试水试油膏测量出监测井中的LNAPL的表观厚度t。

第二步：采集地层中含水介质，烘干，测其饱和含水量Q

第三步：测量含水介质的毛细渗透水量Q

第四步：根据高饱和含水量和毛细渗透水量计算出有效毛细上升高度。通过下式计算有效毛细上升高度，计算公式为：

式中，h

如表1所示，实验室测量获得的某一地区含水介质(中砂)的参数值。

表1某一地区含水介质(中砂)的参数值

第五步：根据多个监测井中的LNAPL的表观厚度和有效毛细上升高度计算地层中多处LNAPL的实际厚度。通过下式计算地层中LNAPL的实际厚度，计算公式为：

t

式中，t

本发明采用有效毛细上升高度h

第六步：根据地层中多处LNAPL的实际厚度和多个监测井的布设形式建立合理的坐标系。

第七步：在坐标系上赋予多个监测井的坐标值，拟合出地层LNAPL分布图以及分布函数。

第八步：根据拟合的分布函数，对地层中LNAPL的污染面积、污染体积和污染量进行估算。

实施例1

参照图3和图4，当监测井以网格型布设时，结合地层中“薄饼状”区域LNAPL的流向示意图，以4排5列监测井为例，建立了如图4所示的平面坐标系。根据每列监测井的数据，估算出LNAPL在沿地下水水流方向分布的中心线，以此为y轴，以垂直于地下水水流方向分布的第一排监测井(表观厚度较高的)为x轴，以LNAPL在地层中的厚度为z轴。建立坐标系。

根据建立的坐标系，赋予每个监测井处的坐标值(x

为了使计算结果更加准确，根据拟合出的f(y)的函数形式，拟合每两个相邻坐标值之间的函数曲线x

根据拟合的函数曲线，对地层中LNAPL的污染面积、污染体积和污染量进行估算。通过下式计算地层中LNAPL的污染面积，计算公式为：

式中，i为沿x轴方向分布的监测井的排数，j为沿y轴方向分布的监测井的列数，x

通过下式计算地层中LNAPL的污染体积，计算公式为：

式中，V为LNAPL的污染体积，z(x,y)为地层中LNAPL的分布函数，n为含水介质孔隙度，Q

通过下式计算地层中LNAPL的污染量，计算公式为：

m＝ρV

式中，ρ为LNAPL的密度，V为LNAPL的污染体积。

实施例2

当监测井以椭圆型布设时，以过椭圆圆心的，沿地下水水流方向为y轴，垂直与地下水水流方向，过椭圆圆心为x轴，以LNAPL在地层中的厚度为z轴。

参照图5，根据建立的坐标系，赋予每个监测井处的坐标值(x

根据拟合的函数曲线，对地层中LNAPL的污染面积、污染体积和污染量进行估算。通过下式计算地层中LNAPL的污染面积，计算公式为：

S＝∫f(x)dx

式中，f(x)为地层中LNAPL的垂向分布函数，S为LNAPL的污染面积。

通过下式计算地层中LNAPL的污染体积，计算公式为：

式中，V为LNAPL的污染体积，z(x,y)为地层中LNAPL的分布函数，n为含水介质孔隙度，Q

通过下式计算地层中LNAPL的污染量，计算公式为：

m＝ρV

式中，ρ为LNAPL的密度，V为LNAPL的污染体积。

本发明在污染区域测量多个监测井中LNAPL的表观厚度，在实验室内测量获得有效毛细上升高度，计算获得地层中“薄饼状”区域LNAPL的污染的实际厚度，拟合方程获得LNAPL在地层中运移的曲线，确定地层中LNAPL污染的面积、体积及质量。本发明的方法建立了监测井中LNAPL的表观厚度和地层中LNAPL实际厚度之间更为准确的关系，将有助于高效的修复此类污染，对地下水保护与修复事业具有积极意义。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。