水動力彌散系數(shù)

1、>>專門水文地質(zhì)學 >>教材 >>專門水文地質(zhì)學§6.3 水動力彌散系數(shù)一、基本概念在研究地下水溶質(zhì)運移問題中， 水動力彌散系數(shù)是一個很重要的參數(shù)。 水動力彌散系數(shù)是表征在一定流速下， 多孔介質(zhì)對某種污染物質(zhì)彌散能力的參數(shù)， 它在宏觀上反映了多孔介質(zhì)中地下水流動過程和空隙結(jié)構(gòu)特征對溶質(zhì)運移過程的影響。 水動力彌散系數(shù)是一個與流速及多孔介質(zhì)有關(guān)的張量， 即使幾何上均質(zhì)， 且有均勻的水力傳導系數(shù)

2、的多孔介質(zhì)， 就彌散而論，仍然是有方向性的， 即使在各向同性介質(zhì)中， 沿水流方向的縱向彌散和與水流方向垂直的橫向彌散不同。 一般地說， 水動力彌散系數(shù)包括機械彌散系數(shù)與分子擴散系數(shù)。 當?shù)叵滤魉佥^大以致于可以忽略分子擴散系數(shù)， 同時假設彌散系數(shù)與孔隙平均流速呈線性關(guān)系， 這樣可先求出彌散系數(shù)再除以孔隙平均流速便可獲取彌散度。分子擴散系數(shù) D 與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。經(jīng)驗證明：T D D d (6-25) 式中 d D ——溶質(zhì)在靜水中的分子

3、擴散系數(shù)，它主要取決于溶質(zhì)分子的特性和溫度；T ——多孔介質(zhì)的彎曲度。機械彌散系數(shù) D 是一個與地下水流速有關(guān)的量。在各向同性介質(zhì)中，經(jīng)試驗證明為：UU U U D j iT L ij T ij ) ( (6-26) 式中 ij —— Kronecker 記號，當 j i 時， 1，當 j i 時， 0 ；L ——縱向彌散度；T ——橫向彌散度；U ——地下水實際速度， i U 、 j U 為實際速度的分量；二、水動力彌散系數(shù)確定的試驗

4、方法水動力彌散系數(shù)可通過室內(nèi)或現(xiàn)場彌散試驗確定。 彌散系數(shù)的計算方法一般分兩類： 一是利用解析公式直接或間接求解；二是采用標準曲線對比法。1.一維室內(nèi)彌散試驗測定水動力彌散系數(shù)（1）試驗原理以人工配制的均質(zhì)各向異性巖樣，進行示蹤劑注入實驗。具體假設及要求如下：①. 試驗流場為均質(zhì)不可壓縮的穩(wěn)定的一維流場，滲流為定水頭補給的一維彌散；②. 多孔介質(zhì)是均質(zhì)的，滲透系數(shù)，孔隙度和彌散系數(shù)都是常數(shù)；③. 流體是不可壓縮的均質(zhì)液體，密度、粘滯度為

5、常數(shù)，溫度不變；④. 試驗土柱（或砂柱）及其中之流體，示蹤劑的初始濃度為一定值。⑤. t=0 時刻，在土柱一端 （x=0） 瞬時注入定濃度示蹤劑溶液 （濃度為 0.01mol/L 的 NaCl③.測量滲透速度：根據(jù)實驗中在一定時間內(nèi)的出水量與裝樣筒橫截面積的比值求出滲透速度；④.在裝樣筒頂部瞬時加入示蹤跡，記時間 t=0。此時閥門 4 可適當控制供水量，使水位保持穩(wěn)定。⑤.每間隔一分鐘從 6、7、8 三個觀測孔取出溶液，測電導率值；直到

6、電導率值達到穩(wěn)定。（3）資料整理①. 在一般坐標系和半對數(shù)坐標系中分別繪制 O C C / ～ t 曲線；②. 用一般坐標曲線求參數(shù)；在圖中找出 O C C / 值分別等于 0.84 和 0.16 所對應的時間 84 . 0 t 和 16 . 0 t 按下式計算水動力彌散系數(shù) D84 . 084 . 016 . 016 . 081tt U Xtt U X D (6-30) 式中 D ——水動力彌散系數(shù)（ m 2/d） ；X ——計算點的

7、坐標；U ——滲流的實際速度（ m/d） 。③. 用配線法求參數(shù)；在同理論曲線相同模數(shù)的半對數(shù)坐標中作 O C C / ～ t 實際材料曲線，用曲線同圖6-4 R C ～ R t 曲線配線，可求得 P 值，按下式求參數(shù)。] [PX U D U D L / (6-31) 2.野外單井二維水質(zhì)彌散試驗確定水動力彌散系數(shù)（1）原理在地下水一維流場中，失蹤劑的二維彌散的解：t Vyt VVt XVtn m t y x CT L T L22224