運用雙伽碼射線量測土壤二相流飽和度之研究

Abstract

本研究利用伽碼射線衰減原理，建立具有Cs137以及Am241雙伽碼射線之非破壞性飽和度量測設備，用以量測大型試驗砂箱內之土壤三相流飽和度分布。 設計一維穩態砂柱試驗，以「峴港試驗砂」作為孔隙介質，利用重力自然排水的方式，取得「水-空氣」以及「水-石蠟油」兩組流體對包括「首次排退」、「主要膨潤」和「主要排退」三組「毛細壓力-飽和度」關係曲線、以及「水空氣」流體對中的兩組掃瞄迴圈。在「水-空氣」試驗中，利用伽碼射線量測飽和度、土壤水分張力計量測毛細壓力直接取得試驗資料；在「水-石蠟油」試驗中首先以伽碼射線在不同水位條件之下量測砂柱剖面之飽和度分布情形，再換算任意位置相對應之毛細壓力值，得到欲求之「毛細壓力-飽和度」關係。 基於平行管束模型理論，建立垂直平行管束模型。利用「水-空氣」首次排退保水曲線反演管徑分布，進一步預測「水-石蠟油」在不同水面位置下的飽和度分布情形。討論介面張力及接觸角兩項因子對於模擬結果的影響。 探討「比例化技術」適用情形，並且利用兩組流體對試驗資料作測試。試驗結果顯示，以介面張力及接觸角餘弦值作為比例因子進行比例化推估，預測結果與試驗結果大致吻合。