一种升尺度裂隙污染物运移监测装置及监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种升尺度裂隙污染物运移监测装置及监测方法，涉及基岩裂隙研究技术领域，通过对裂隙通道内不同位置处电阻率的监测，推得不同位置处电导率，依据电导率与氯化钠溶液浓度标定曲线得到不同位置处氯化钠溶液浓度，再将归一化浓度随时间变化的曲线与反演的归一化浓度随时间变化的曲线进行比对拟合，获得升尺度裂隙污染物运移研究中作为基础参数的裂隙升尺度的特征长度。本发明专利技术实现了裂隙升尺度的特征长度的实验测定，为升尺度裂隙污染物运移、裂隙型污染物预测与防治的进一步研究及等效连续介质理论的应用提供了基础和前提，监测端为电极片，成本低、体积小，特别适用于升尺度裂隙污染物运移的无损监测研究。用于升尺度裂隙污染物运移的无损监测研究。用于升尺度裂隙污染物运移的无损监测研究。

【技术实现步骤摘要】
一种升尺度裂隙污染物运移监测装置及监测方法


[0001]本专利技术涉及基岩裂隙研究
，具体涉及一种用于动态监测升尺度裂隙污染物运移的装置及方法。

技术介绍

[0002]基岩裂隙是基岩在各种应力作用下破裂变形产生的无明显位移的裂缝。基岩裂隙普遍存在于自然界中，是地下水系统中水、热量和污染物迁移的重要通道，也是地下油储中石油、天然气运移以及放射性物质和其它有毒工业废物可能从地质处置场所逃逸的主要途径。基岩裂隙内物质的运移规律与人类关系最为密切，当前人类的大规模工程活动如隧道开凿、矿山开采、核废料地质处置、CO2地质封存、页岩气开发等均与基岩裂隙内物质的运移密切相关。
[0003]近年来，页岩气的开发与应用技术快速发展，无论是页岩气的开发涉及的水力压力机理、高效开发、模拟与储存改造等关键技术，还是页岩气的开发过程中可能发生的核废料渗漏问题的研究，均依赖于基岩溶质运移研究的奠基。
[0004]基岩裂隙污染物的运移规律是基岩溶质运移研究的重要组成部分。污染物在裂隙岩体中的运移存在明显的尺度效应，研究过程中，无论是以原位观测的方式还是以室内模拟观测的方式对裂隙特征进行整体描述，均需同时对尺度效应进行研究和描述。但因野外基岩裂隙具有强烈的非均质性及尺度性，目前，尚缺少有效的物理模型对野外尺度上基岩裂隙介质中污染物运移进行量化，而室内裂隙试验多聚焦于固定小长度裂隙污染物运移，不适用于升尺度裂隙污染物运移监测，这大大限制了研究过程中室内理论的应用实践，影响了基岩裂隙污染物运移规律研究的开展和发展。
[0005]通过现有技术检索，存在以下已知的技术方案：
[0006]现有技术1：
[0007]申请号：CN201811485587.4，申请日：2018.12.06，公开(公告)日：2019.06.07，本专利技术公开了一种单裂隙介质污染物迁移过程的可视化实验装置及其实验方法，实验装置包括注入系统、裂隙主体、成像系统和收集系统；实验方法包括制备若干组不同浓度的亮蓝水溶液、设置玻璃制单裂隙、裂隙主体内通入亮蓝水溶液、设置单裂隙介质污染物迁移过程的可视化实验装置、确定裂隙介质中不同点位亮蓝水溶液浓度的背景值、污染物迁移过程R值数据采集和污染物迁移过程中的浓度分布分析几个步骤；具有方法简单、可靠且成本较低，能够可视化监测不同裂隙处不同浓度污染物迁移过程的特点。
[0008]该技术虽然采用拍照法获取单裂隙内污染物浓度分布，实现了单裂隙介质污染物异常运移的非侵入型测定，但相机覆盖宽度有限，因此只能模拟一种固定长度裂隙，并不能连续实时监测。同时，拍照法只适用于透明模型，实验室样品的制作也过于繁杂。
[0009]现有技术2：
[0010]申请号：CN201810918589.1，申请日：2018.08.13，公开(公告)日：2018.12.21，该现有技术公开了一种充填裂隙溶质运移监测试验装置及方法，适用于充填裂隙介质溶质运
移监测与识别。包括充填裂隙模型及监测装置。所述的充填裂隙模型由模型主体、供/出水及稳流装置、监测装置，通过对平行光滑裂隙模型主体充填河砂模拟充填裂隙，在裂隙上布设Ag
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AgCl电极，通过监测装置检测裂隙内因为溶质运移引起充填裂隙自然电位参数的动态变化来分析不可视裂隙内的溶质运移状态，为地下介质溶质污染监测、评价及预测提供依据，其方法具有高效、便捷，可操作性强的特点。
[0011]但该技术中采用的Ag
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AgCl电极为侵入式，无法实现非填充裂隙的无损探测，且裂隙长度固定，无法实现室内裂隙长度增加时溶液运移状态的监测研究。
[0012]现有技术3：
[0013]申请号：CN202110337624.2，申请日：2021.03.30，公开(公告)日：2021.06.08，本专利技术公开了一种基于高密度电法的基岩裂隙优势通道的探测方法，涉及基岩裂隙研究
，本专利技术利用氯化钠溶液的相对高导电性及其趋于沿基岩内裂隙优势通道流动的自然特性，通过高密度电法仪在监测周期内多次监测基岩内各点的瞬时岩体电阻率，计算得到基岩内各点的岩体电阻率变化率，并通过岩体电阻率变化率的峰值点对应的距离、深度信息确定裂隙优势通道的分布点，最终将各分布点连线得到准确的裂隙优势通道形态和空间位置信息。本专利技术填补了野外裂隙优势通道形态探测的技术空白，并于观测井内设置分布式电导率仪，通过流体电导率变化率的峰值点对应的深度对裂隙优势通道空间位置信息进行校正，保证了裂隙优势通道探测结果的准确性。
[0014]但该技术电极为均匀等间距布设，位置并不能灵活移动，且其电极为铜棒，为微侵入，测定方式为垂向测量，需探测地下较多层位，比较耗时，效率较低。且该技术不能实现野外场地升尺度裂隙污染物运移监测。
[0015]现有技术4：
[0016]申请号：CN201810207874.2，申请日：2018.03.14，公开(公告)日：2018.09.04，本专利技术所述裂隙型天然气水合物动态监测装置及其方法，基于室内实验条件下，针对裂隙型天然气水合物生成、分解过程模拟实时快速测量，以总结出裂隙型天然气水合物成藏规律、并为裂隙型水合物开采过程提供关键控制要点。该装置包括反应釜、高压供气瓶组、气体回收罐、采集与处理系统和低温恒温气浴室。反应釜包括反应釜本体，反应釜本体内腔填充沉积物介质，沉积物介质内设有模拟裂隙层；反应釜本体内腔沿轴向至少设有两组成像测量电极，成像测量电极通过低温电缆与采集与处理系统电连接；成像测量电极对应的反应釜本体外侧设置电极屏蔽筒。
[0017]但该技术适用于岩性尺度上，只监测了有限位置的电阻率变化过程，并不能监测裂隙尺度上升时，裂隙内天然水合物成藏过程。
[0018]通过以上的检索发现，以上技术方案没有影响本专利技术的新颖性；并且以上现有技术的相互组合没有破坏本专利技术的创造性。

技术实现思路

[0019]本专利技术正是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种升尺度裂隙污染物运移监测装置及监测方法。
[0020]本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：一种升尺度裂隙污染物运移监测装置，包括一对注水及出水结构、各裂隙结构及电阻层析成像装置，所述注水及出水结构包括
水箱，所述水箱的顶部设有排气阀，侧壁开设进出水口，并于开设进出水口的侧壁外固设端部稳定柱，所述水箱的底部连通有水管，该水管上设有阀门和压力计；一对所述注水及出水结构中任一作为注水结构A，设于监测装置前端，其水管与注水泵连通，另一作为出水结构C，设于监测装置末端，其水管与排水箱连通；
[0021]所述裂隙结构包括位于上方的裂隙上板和位于下方的裂隙下板，所述裂隙上板和裂隙下板的前端和末端分别固设有盖板，两者之间形成裂隙通道；各所述裂隙结构首尾相接依次设置，相邻的两个裂隙结构的盖板密封贴合连接，各所述裂隙结构的裂隙通道相应依次连通；位于最前的裂隙结构前端的盖板与注水结构A密封贴合连接，其裂隙通道前端与注水结构A的进出水口连通，且还连通设有注射泵，位于最后的裂隙结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种升尺度裂隙污染物运移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，装置安装将各电极片(10)按设定的间距等间距贴设至各裂隙下板(17)的上壁面，然后将注水结构(A)、各裂隙结构(2)和出水结构(C)依次安装连接，并以夹持器于各裂隙结构(2)的盖板(21)处夹持固定，使各裂隙通道(25)依次连通，并分别使位于最前和位于最后的裂隙结构(2)的裂隙通道(25)与注水结构(A)和出水结构水箱(C)的进出水口(16)连通；于最前一个裂隙结构(2)的前端安装与其裂隙通道(25)连通的注射泵(26)；第二步，密封性测试关闭出水结构(C)的阀门(13)，打开注水结构(A)和出水结构(C)的排气阀(15)，然后打开注水结构(A)的阀门(13)和注水泵(18)，向各裂隙结构(2)的裂隙通道(25)内注水，直至两个排气阀(15)处均溢水，随后关闭两个排气阀(15)，并关闭注水结构(A)的阀门(13)和注水泵(18)；此时，观察各裂隙结构(2)的连接处是否有渗水情况，并记录注水结构(A)和出水结构(C)的压力计(14)的示数，当各裂隙结构(2)的连接处不存在渗水情况且两个压力计(14)测得的压力差值稳定不变时，运移监测装置的密封性满足实验需求，执行第三步；否则，对运移监测装置进行密封加固；第三步，打开出水结构(C)的阀门(13)，启动注水泵(1)向各裂隙结构(2)内注水，直至两个压力计(14)的压力差值稳定不变；第四步，初始电导率值测定各电极片(10)测得对应位置处的初始电阻率值反馈至高密度电法主机(31)，通过式一相应计算得出各电极片(10)对应位置处的初始电导率值一相应计算得出各电极片(10)对应位置处的初始电导率值其中，x＝1，2，
……
n，n为设置的电极片(10)的数量；第五步，通过注射泵(26)由最前一个裂隙通道(25)的前端向裂隙通道(25)内瞬时注入足量氯化钠溶液，氯化钠溶液注入量及注入的氯化钠溶液的浓度应保证每个电极片(10)均能感应到电信号的变化；随后，通过高密度电法主机(31)以采样间隔时间m实时监测裂隙通道(25)内每个电极片(16)对应位置处的电导率直至位于最后一个裂隙通道(25)最末端的一个电极片(10)采集的电导率与一致；第六步，分析整理各电极片(10)采集的电导率获得每个电极片(10)对应位置处电导率随时间变化的曲线；第七步，依据电导率与氯化钠溶液浓度标定曲线将第五步中得到的每个电极片(10)对应位置处的电导率换算为每个电极片(10)对应位置处的氯化钠溶液浓度第八步，对每个电极片(10)对应位置处的氯化钠溶液浓度作归一化处理，按式二计算得出每个电极片(10)对应位置处的归一化浓度获得每个电极片(10)对应位置处归一化浓度随时间变化的曲线；
其中，取单个电极片(10)对应位置处各时刻氯化钠溶液浓度中的最大值，取单个电极片(10)对应位置处各时刻氯化钠溶液浓度中的最小值；第九步，使用对流
‑
弥散方程进行反演，得到反演的每个电极片(10)对应位置处归一化浓度随时间变化的曲线，将每个电极片(10)对应位置处归一化浓度随时间变化的曲线与反演的每个电极片(10)对应位置处归一化浓度随时间变化的曲线进行对比，按式三计算得到每个电极片(10)对应位置处的拟合优度计算得到每个电极片(10)对应位置处的拟合优度其中，为反演的每个电极片(10)对应位置处的归...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱家忠，闫永帅，张昊明，马海春，马雷，周官群，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：