水動(dòng)力彌散系數(shù)

1、>>專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)學(xué) >>教材 >>專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)學(xué)§6.3 水動(dòng)力彌散系數(shù)一、基本概念在研究地下水溶質(zhì)運(yùn)移問(wèn)題中， 水動(dòng)力彌散系數(shù)是一個(gè)很重要的參數(shù)。 水動(dòng)力彌散系數(shù)是表征在一定流速下， 多孔介質(zhì)對(duì)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(dòng)過(guò)程和空隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程的影響。 水動(dòng)力彌散系數(shù)是一個(gè)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(dǎo)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(shuō)， 水動(dòng)力彌散系數(shù)包括機(jī)械彌散系數(shù)與分子擴(kuò)散系數(shù)。 當(dāng)?shù)叵滤魉佥^大以致于可以忽略分子擴(kuò)散系數(shù)， 同時(shí)假設(shè)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(kuò)散系數(shù) D 與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。經(jīng)驗(yàn)證明：T D D d (6-25) 式中 d D ——溶質(zhì)在靜水中的分子

3、擴(kuò)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(jī)械彌散系數(shù) D 是一個(gè)與地下水流速有關(guān)的量。在各向同性介質(zhì)中，經(jīng)試驗(yàn)證明為：UU U U D j iT L ij T ij ) ( (6-26) 式中 ij —— Kronecker 記號(hào)，當(dāng) j i 時(shí)， 1，當(dāng) j i 時(shí)， 0 ；L ——縱向彌散度；T ——橫向彌散度；U ——地下水實(shí)際速度， i U 、 j U 為實(shí)際速度的分量；二、水動(dòng)力彌散系數(shù)確定的試驗(yàn)

4、方法水動(dòng)力彌散系數(shù)可通過(guò)室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)彌散試驗(yàn)確定。 彌散系數(shù)的計(jì)算方法一般分兩類(lèi)： 一是利用解析公式直接或間接求解；二是采用標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比法。1.一維室內(nèi)彌散試驗(yàn)測(cè)定水動(dòng)力彌散系數(shù)（1）試驗(yàn)原理以人工配制的均質(zhì)各向異性巖樣，進(jìn)行示蹤劑注入實(shí)驗(yàn)。具體假設(shè)及要求如下：①. 試驗(yàn)流場(chǎng)為均質(zhì)不可壓縮的穩(wěn)定的一維流場(chǎng)，滲流為定水頭補(bǔ)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(yàn)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(shí)刻，在土柱一端 （x=0） 瞬時(shí)注入定濃度示蹤劑溶液 （濃度為 0.01mol/L 的 NaCl③.測(cè)量滲透速度：根據(jù)實(shí)驗(yàn)中在一定時(shí)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(shí)加入示蹤跡，記時(shí)間 t=0。此時(shí)閥門(mén) 4 可適當(dāng)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(gè)觀測(cè)孔取出溶液，測(cè)電導(dǎo)率值；直到

6、電導(dǎo)率值達(dá)到穩(wěn)定。（3）資料整理①. 在一般坐標(biāo)系和半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中分別繪制 O C C / ～ t 曲線；②. 用一般坐標(biāo)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(duì)應(yīng)的時(shí)間 84 . 0 t 和 16 . 0 t 按下式計(jì)算水動(dòng)力彌散系數(shù) D84 . 084 . 016 . 016 . 081tt U Xtt U X D (6-30) 式中 D ——水動(dòng)力彌散系數(shù)（ m 2/d） ；X ——計(jì)算點(diǎn)的

7、坐標(biāo)；U ——滲流的實(shí)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(duì)數(shù)坐標(biāo)中作 O C C / ～ t 實(shí)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(yàn)確定水動(dòng)力彌散系數(shù)（1）原理在地下水一維流場(chǎng)中，失蹤劑的二維彌散的解：t Vyt VVt XVtn m t y x CT L T L22224