补充资料_dispersion_for print

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1、2011-4-17主要内容弥散项概念介绍水动力弥散研究介绍水动力弥散的尺度效应污染物迁移转化过程——弥散项溶质运移转化偏微分方程弥散项——水动力弥散运移水动力弥散运移指溶质在含水介质中，由分子扩散和机械弥散两种∂C∂∂C∂作用同时引起的溶质迁移。Rθ∂=∂θDij∂−∂(θvCi)+qCss−qCs′−λθ1C−λρ2bC1.溶质的分子扩散txxxiji是由分子的布朗运动所引起，只要存在浓度梯度，就会出现分子扩散，使溶质由高浓度处向低浓度处迁移，以趋浓度均一。单位时间通过单位面积的溶质质量∂C符合Fick第一定律：I=−Dss∂s

2、Ds——溶质的分子扩散系数，不同溶质的分子扩散系数不同，温度不等也弥散项对流项溶解项吸附项不同；∂C——溶质浓度C沿s方向变化的浓度梯度。∂s弥散项——水动力弥散运移弥散项——水动力弥散运移水动力弥散运移指溶质在含水介质中，由分子扩散和机械弥散两种水动力弥散运移指溶质在含水介质中，由分子扩散和机械弥散两种作用同时引起的溶质迁移。作用同时引起的溶质迁移。2.溶质的机械弥散3.相互关系是由于污染物质点在微观尺度上因流速的变化而引起的相对于平均流速的离分子扩散通常情况下只在低流速下或长期作用中体现明显，分子扩散系数为散运动，通常假设弥散过程是一个不可逆

3、过程。介于某一范围间的常数，在25℃时介于−9−92之间，机械弥110×~210m/×s通过实验和模拟研究，可以证实溶质的机械弥散也能参照Fick第一定律来描散系数与之相比要大得多，主要控制污染物的扩展过程。述：二者机理虽然不同，但一般都将两者对溶质迁移的作用，综合进行考虑，并单位时间通过单位面积的溶质质量为：I=−D∂C称之为水动力弥散。即由于水动力弥散作用引起的在单位时间内通过单位面hh∂s积的溶质质量为：Ds——溶质的机械弥散系数；产生机械弥散的情况：：：I=I+I=−D∂Csh其余符号同前。孔隙通道弯曲性的差异；∂s孔隙断面上速度分布的不

4、均匀性；D=D+Dsh孔隙网络的不均匀性，引起溶质质点沿主流道的先运动；D——水动力弥散系数局部低压区引起的水流循环；个别孔隙通道中产生的涡流；死端孔隙或双重介质的影响。12011-4-17水动力弥散机理水动力弥散系数确定基础——基于连续理论的仅考虑对流、弥散项的溶质运移对流-弥散方程(bear,1972):以对流弥散方程为基础，根1.1.1.溶质再分配过程1.溶质再分配过程rr据测定的研究区内随时间变∂C=∇⋅(DC∇)−∇⋅(V⋅∇C)+Qxtc()化的浓度分布，水头信息，,,∂t结合渗流方程，可以进行系D=αv+(α−α)vv/vD+∗数D

5、的反演。ijTLTijij2.2.2.实验表明2.实验表明，，，水动，水动力弥散系数DDD是平D是平C为溶液某组分的浓度，Q为源汇项；常用方法：r解析法（仅极为理想条件下均线速度和弥散率vv,分别为空隙水流速度矢量和模量，才能得到精确解的表达式）；ααα的函数α的函数vvi,j分别为流速分量；数值方法——Dij为水动力弥散系数张量D的分量；有限差分法，有限元法等ααL,T分别为纵向和横向弥散率，表征孔参数优化方法：3.3.3.通常情况下3.通常情况下，，，在，在在在隙骨架的几何特征，是最重要的溶质运移单纯形法、变尺度法、可变D

6、运移试验的浓度穿透曲容差法、遗传算法；横向上yx线与对流-弥散方程的解拟合确定。水动力弥散系数确定水动力弥散研究可分为室内弥散实验和野外弥散实验两种手段。在进行弥散项研究时，要明确模型假定、孔隙介质的选取、含水层性质等基本条件，同时要注意初始条件和边界条件的选取。引自：叶为民等，地下水污染实验研究进展[j]，水利学报，2005，36（2）：251-255引自：叶为民等，地下水污染实验研究进展[j]，水利学报，2005，36（2）：251-255水动力弥散研究水动力弥散尺度效应试验场地选择：：：含水层的厚度、组成颗粒的大小、流速、流向等；应考虑到介

7、质的不均匀水动力弥散随着溶质运移距离增大而增加的现象称为多孔程度在所研究区域中也具有代表性介质水动力弥散尺度效应(Scaledependentdispersion)：实验规模确定：：：(1)同一种多孔介质，由野外弥散试验确定的弥散度α值比室内土0～4m的小型试验；4~100m的中型试验；100m以上的大型试验；根据柱弥散试验确定的大得多(Fried，1975，Klotz，1982，Sudicky等，试验目的和具体的水文地质条件选择中等乃至大型试验比较理想。1982)。例如，室内测得的一般为厘米级，而野外测得的弥散度示踪剂的选取：：：可以达到1-1

8、000m；考虑其毒性小(或无毒)、价廉、易测试、可与地下水一起运动、不改变流场、(2)野外同一含水层中，溶质运移距离越大，所测得的弥散度