吉林大学学报(地球科学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (3): 846-853.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20180043

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

有色示踪剂模拟槽实验图像分析法

赵勇胜1, 陈震1, 张佳文1, 肖乐乐2, 陈瑾1   

  1. 1. 吉林大学环境与资源学院, 长春 130021;
    2. 吉林大学通信工程学院, 长春 130022
  • 收稿日期:2018-02-02 出版日期:2018-05-26 发布日期:2018-05-26
  • 作者简介:赵勇胜(1961-),男,教授,博士生导师,主要从事污染场地控制与修复研究,E-mail:zhaoyongsheng@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(41530636)

Image Processing Method of Dye Tracer Experiment in Sand Box

Zhao Yongsheng1, Chen Zhen1, Zhang Jiawen1, Xiao Lele2, Chen Jin1   

  1. 1. College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun 130021, China;
    2. College of Communication Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China
  • Received:2018-02-02 Online:2018-05-26 Published:2018-05-26
  • Supported by:
    Supported by National Natural Science Foundation of China(41530636)

摘要: 图像分析法是处理有色示踪剂模拟槽实验结果的常用方法之一。本文以食用亮蓝为示踪剂,从污染物的检测精度和污染羽描绘的准确度两个方面将图像分析法与传统取样法进行对比,并利用Matlab编程对模拟槽内的污染物贮存质量进行定量计算。结果表明,与传统取样法结果相比:图像分析法的检测精度可提高1个数量级;污染羽的描绘准确度至少可提高3%左右,在实验所设置的非均质条件下可提高17%左右。利用自行编制的Matlab程序对本实验模拟槽内贮存亮蓝质量进行计算可得,当剖分格数为3 7002(1 369万)时,亮蓝贮存质量的计算值最接近实测值,最小误差仅为0.5%。综合来讲,图像分析法是一种准确度高、空间分辨率高的信息采集和处理手段,可实现对非均质地层中有色示踪剂运移过程更为精细的描述。

关键词: 图像分析法, 检测精度, 污染羽准确度, 质量计算

Abstract: Image processing method is commonly used in analyzing the experimental data obtained from dye tracer experiments. The authors contrasted the image processing method with a conventional sampling method to monitor the precision and plume accuracy in using brilliant blue as the tracer. We quantitatively calculated the mass storage in the sand boxes by the Matlab programs. The results showed that the monitoring precision and the plume accuracy raised by one order of magnitude and about 3% respectively when we used the image processing method,and the plume accuracy raised by 17% under the heterogeneous conditions set by the experiment. The storage mass was almost the same as the one using the Matlab program. When the grid number was 13.69 million, the minimum error was 0.5%. Generally, the image processing method provides a high-accuracy and high-resolution way to acquire and dispose the picture to describe the migration process in the heterogeneous media more subtly.

Key words: image processing method, monitoring precision, plume accuracy, mass calculation

中图分类号: 

  • X523
[1] Konz M, Ackerer P, Huggenberger P, et al. Compa-rison of Light Transmission and Reflection Techniques to Determine Concentrations in Flow Tank Experiments[J]. Experiments in Fluids, 2009, 47(1):85-93.
[2] Jaeger S, Ehni M, Eberhardt C, et al. CCD Camera Image Analysis for Mapping Solute Concentrations in Saturated Porous Media[J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2009, 395(6):1867.
[3] Heidari P, Li L. Solute Transport in Low Teteroge-neity Sandboxes:The Role of Correlation Length and Permeability Variance[J]. Water Resources Research, 2014, 50(10):8240-8264.
[4] Kashuk S, Mercurio S R, Iskander M. Visualization of Dyed NAPL Concentration in Transparent Porous Media Using Color Space Components[J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2014, 162:1-16.
[5] 康学远,施小清,史良胜,等.基于集合卡尔曼滤波的多相流模型参数估计:以室内二维砂箱中重质非水相污染物入渗为例[J].吉林大学学报(地球科学版),2017,47(3):848-859. Kang Xueyuan, Shi Xiaoqing, Shi Liangsheng, et al. Inverse Multiphase Flow Simulation Using Ensemble Kalman Filter:Application to a 2D Sandbox Experiment of DNAPL Migration[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition),2017,47(3):848-859.
[6] 谈叶飞, 周志芳. 有色示踪剂在溶质运移实验中的数字图像识别和处理[J]. 水文地质工程地质, 2007, 34(1):99-101. Tan Yefei, Zhou Zhifang. The Digital Image Recognition and Processing of Colored Tracer in the Solute Transport Experiment[J]. Hydrogeology and Engineering Geology, 2007, 34(1):99-101.
[7] 宋小源,刘杰,郑春苗. 二维砂箱溶质示踪实验的图像分析法[J]. 环境科学学报, 2012, 32(10):2470-2475. Song Xiaoyuan, Liu Jie, Zheng Chunmiao.Image Analysis of Concentration Distribution in Two-Dimensional Sandbox Tracer Experiment[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2012, 32(10):2470-2475.
[8] Yang M, Annable M D, Jawitz J W. Light Reflection Visualization to Determine Solute Diffusion into Clays[J]. Journal of Contamint and Hydrology, 2014, 161:1-9.
[9] Taylor T P, Pennell K D, Abriola L M, et al. Surfactant Enhanced Recovery of Tetrachloroethylene from a Porous Medium Containing Low Permeability Lenses:1:Experimental Studies[J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2001, 48(3/4):325-350.
[10] Tatti F, Papini M P, Raboni M, et al. Image Analysis Procedure for Studying Back-Diffusion Phenomena from Low-Permeability Layers in Laboratory Tests[J]. Scientific Reports, 2016, 6:30400.
[11] Tatti F, Papini M P, Sappa G, et al. Contaminant Back-Diffusion from Low-Permeability Layers as Affected by Groundwater Velocity:A Laboratory Investigation by Box Model and Image Analysis[J]. Science of the Total Environment, 2018, 622:164-171.
[12] 王康. 多孔介质非均匀流动显色示踪技术与模拟方法[M].北京:科学出版社,2009. Wang Kang. Dye Tracer Technology and Modeling Method of Heterogeneous Flow in Porous Media[M].Beijing:Science Press,2009.
[13] 余立.CMYK与RGB色彩模式的数字化差别[J]. 电脑知识与技术, 2013(4):2704-2705. Yu Li. Digital Differential CMYK and RGB Color Model[J]. Computer Knowledge and Technology, 2013(4):2704-2705.
[14] Yang M, Annable M D, Jawitz J W. Back Diffusion from Thin Low Permeability Zones[J]. Environmental Science & Technology, 2014, 49(1):415-422.
[15] 章艳红, 叶淑君, 吴吉春. 光透法定量两相流中流体饱和度的模型及其应用[J]. 环境科学, 2014, 35(6):2120-2128. Zhang Yanhong, Ye Shujun, Wu Jichun.Models for Quantification of Fluid Saturation in Two-Phase Flow System by Light Transmission Method and Its Application[J]. Environmental Science, 2014, 35(6):2120-2128.
[1] 于影, 陈俊杰, 林耿煨, 李青松. 多孔结构CuFe2O4-P材料制备及其催化过一硫酸盐降解咖啡因[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 1002-1012.
[2] 杨婷, 李亚鑫, 刘娜, 林晓君, 曾经文, 王秀娟, 蔡倩怡, 罗子峰, 张苑铃, 容精男, 余伟达, 丘锦荣, 周建利. 沸石作为PRB填充介质修复NH4+污染地下水的效果及原位再生性能[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 661-672.
[3] 秦传玉, 尤凯鸿, 李小奇, 张成武, 于丽娟. 地下水常见阴离子影响双重改性纳米零价铁降解硝基苯的机制及效果[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(1): 342-351.
[4] 任何军, 沈天琪, 张凤鲲, 李艳玲. 湖库清淤底泥氟固化/稳定化药剂设计及响应面优化[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1671-1679.
[5] 段磊, 曾经文, 赵显林, 丘锦荣, 刘娜, 陶钧实, 周建利. 珠江三角洲典型水产养殖区浅层地下水碘化物分布、来源及健康风险评估[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1657-1674.
[6] 赵勇胜, 戴贞洧.

海泡石改性土-膨润土泥浆阻截墙阻截地下水重金属阳离子污染 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(5): 1549-1559.

[7] 赵勇胜, 李彧. 黄原胶改性微米铁修复地下水中Cr(Ⅵ)污染的试验[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(4): 1224-1230.
[8] 任何军, 林雯雯, 鲁松, 李婷婷, 周睿. 热活化过硫酸盐降解氧氟沙星特性及响应面优化[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(3): 887-897.
[9] 王晟, 冯翔, 李兵, 郭林, 曹坤, 刘鹏. 多种铁改性和未改性生物炭对模拟地下水中六价铬的去除[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(1): 247-255.
[10] 洪梅, 任璇, 杨慧萍. 稳定型与负载型FeS修复Cr(Ⅵ)污染地下水的可行性[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(4): 1182-1188.
[11] 朴云仙, 胡慧, 姚兰, 张彧, 梁丽娜, 刘再冉. 利用核酸适配体修饰氧化石墨烯复合物的17β-雌二醇检测机理[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(4): 1189-1196.
[12] 洪梅, 杨慧萍, 陈韶音. 聚合物改性硫化亚铁在饱和多孔介质中的迁移性能[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(4): 1121-1128.
[13] 董军, 李文德, 陈建隆, 吴玥, 鹿豪杰. 电容去离子化去除地下水中镉的影响因素[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(4): 1129-1136.
[14] 洪梅, 韩旭, 王蔷, 刘璐, 史玉玺. 硫化纳米铁对模拟地下水中Cr(Ⅵ)的去除效果及影响因素[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(6): 1821-1830.
[15] 张艳, 徐斌, 刘秀花. 陕西省泾惠渠灌区地下水污染与人体健康风险评价[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(5): 1451-1464.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 尤敏鑫,刘建民. 同位素地球化学在峨眉山大火成岩省研究中的应用现状与进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(4): 1231 -1243 .
[2] 杨春梅, 李洪奇,陆大卫,张方礼,高 原,邵英超. 不同驱替方式下岩石电阻率与饱和度的关系[J]. J4, 2005, 35(05): 667 -671 .
[3] 祝洪臣,张炯飞,权 恒. 大兴安岭中生代两期成岩成矿作用的元素、同位素特征及其形成环境[J]. J4, 2005, 35(04): 436 -0442 .
[4] 朱建伟, 赵刚, 刘博, 郭巍, 成俊. 油页岩测井识别技术及应用[J]. J4, 2012, 42(2): 289 -295 .
[5] 陈力,梁海安,张文娟,荣帆. 模糊数学方法在城市工程地质环境区划中的应用--以抚顺市城区为例[J]. J4, 2008, 38(5): 837 -0840 .
[6] 高桂梅,苏 克,王文颖,甘树才,刘招君. 吉林省桦甸油页岩中稀土元素和微量元素的研究[J]. J4, 2006, 36(6): 974 -0979 .
[7] 吴孔运,蒋忠诚,叶 晔. 不同植物群落对灰岩试块溶蚀速率的影响[J]. J4, 2007, 37(5): 967 -0971 .
[8] 周彦章,迟宝明,刘中培. 山东夏甸金矿床充水机理构造控制模式[J]. J4, 2008, 38(2): 255 -0260 .
[9] 张渊,刘连登,孙景贵,陈国华,张洪喜,闫复传,杨开春. 胶东西北部黄埠岭金矿床两期次叠加成矿[J]. J4, 2008, 38(1): 21 -0026 .
[10] 鲁程鹏, 束龙仓, 苑利波, 张蓉蓉, 黄币娟, 王彬彬. 基于示踪试验求解岩溶含水层水文地质参数[J]. J4, 2009, 39(4): 717 -721 .