专门水文地质学水动力弥散系数

§水动力弥散系数一、基本概念在研究地下水溶质运移问题中，水动力弥散系数是一个很重要的参数。水动力弥散系数是表征在一定流速下，多孔介质对某种污染物质弥散能力的参数，它在宏观上反映了多孔介质中地下水流动过程和空隙结构特征对溶质运移过程的影响。水动力弥散系数是一个与流速及多孔介质有关的张量，即使几何上均质，且有均匀的水力传导系数的多孔介质，就弥散而论，仍然是有方向性的，即使在各向同性介质中，沿水流方向的纵向弥散和与水流方向垂直的横向弥散不同。一般地说，水动力弥散系数包括机械弥散系数与分子扩散系数。当地下水流速较大以致于可以忽略分子扩散系数，同时假设弥散系数与孔隙平均流速呈线性关系，这样可先求出弥散系数再除以孔隙平均流速便可获取弥散度。分子扩散系数与介质的性质有关。经验证明：(6-25)式中——溶质在静水中的分子扩散系数，它主要取决于溶质分子的特性和温度；——多孔介质的弯曲度。机械弥散系数是一个与地下水流速有关的量。在各向同性介质中，经试验证明为：(6-26)式中——Kronecker记号，当时，，当时，；——纵向弥散度；——横向弥散度；——地下水实际速度，、为实际速度的分量；二、水动力弥散系数确定的试验方法水动力弥散系数可通过室内或现场弥散试验确定。弥散系数的计算方法一般分两类：一是利用解析公式直接或间接求解；二是采用标准曲线对比法。1.一维室内弥散试验测定水动力弥散系数穗（蚀1皂）试验原理余以人工配制的点均质各向异性惜岩样，进行示各踪剂注入实验库。具体假设及属要求如下：=1\*GB3著①猾.面唇试验流场为均埋质不可压缩的踏稳定的一维流形场，渗流为定山水头补给的一夫维弥散；=2\*GB3母②饺.井推多孔介质是均叫质的，渗透系公数，孔隙度和瞒弥散系数都是弊常数；=3\*GB3剧③牺.丰肆流体是不可压歉缩的均质液体铁，密度、粘滞翠度为常数，温唱度不变；=4\*GB3性④懒.学古试验土柱（或家砂柱）及其中牺之流体，示踪茎剂的初始浓度脱为一定值。=5\*GB3楚⑤锈.t=耍0伤时刻，在土柱苦一端颜（曾x=齐0蜂）瞬时注入定肃浓度示踪剂溶仁液（浓度震为犯0.01mo担l/排L乖的诊NaC渣l阵溶液静）跃。叙计算公式：倡自携私屡灶（党6-2穗7肌）苗燃滤愉沉作卧舒掉然欺（征6-2衰8颠）运族依孩争横碧若羞俊（退6-2暑9守）辣式中：耐C孤—养t广时刻计算点的求浓度；巷—染观测点的浓度茎峰值；至X订—喂计算点的坐标助；t—时间；识D牲—泻弥散系口数角科（捐m误2扫/d卧）烘；崭U湾—扶地下水的实际谎流速；图6-3实验装置图1、4、12，阀门；2.导气管；3.马氏瓶；5、13，出水管；6、7、8.取样出口；图6-3实验装置图1、4、12，阀门；2.导气管；3.马氏瓶；5、13，出水管；6、7、8.取样出口；9.装样筒；10.测压管；11.过滤板史为峰值到达时遇间贺;盖利用挣（班6-2殿7猴）式绘渡制集C短R挪～笋t毛R工理论曲线。待（按2情）试验装置及陡步骤度实验装置包括水装样筒、供水咬瓶、电导率仪磨和测压管、烧线杯。如图所示横：装样筒狐长叫60c殃m翠，直径锄为起14c伙m配的有机玻璃圆汽筒，装样长度息为怖56c都m扛。其中左侧安宁装测压管（会图馆6-师3则中位距置忍1垦0蜜）观测各点水恳头，右侧（图络中位略置翅6惭、铲7驱、洞8妇）用于取样测送量电导率（浓也度值）。因为遗地下水流速一延般较小（即供浴水量不大），辩可采用马氏瓶徒供水，用于饱冬和土样、控制告稳定供水。打屑开阀苍门施4馋和买1耐2矮，保持定水头凝供水。出脂口然5捕可用于控制定堆水头水位。真试验中观测流竹体中浓度的仪竞器为电导率仪随，通过测定流良体的电导率就克可知道流体的歌浓度。=1\*GB3您①呀.挨装样：为了制加造与天然相同拴的模拟条件，球根据试样的湿斗容重和体积计钞算出所需要的串试样的重量，咱经过分层捣实撤装入砂柱内，诵基本可保持与贩天然状态下相描同的容重；=2\*GB3呜②批.穴饱和试样：把谈供水瓶与试样猪底部的出水口遣相连，打开阀晒门由下而上充昼水，以便使试格样中的空气完用全排出。完全塔饱和后，把供棵水瓶按实验装齐置图连接，自退上向下供水；=3\*GB3天③遗.碧测量渗透速度野：根据实验中背在一定时间内搜的出水量与装焦样筒横截面积就的比值求出渗跳透速度；=4\*GB3独④乌.乖在装样筒顶部跌瞬时加入示踪悲迹，记时障间碍t=螺0龟。此时阀析门晓4扮可适当控制供要水量，使水位蓬保持稳定。=5\*GB3爹⑤填.次每间隔一分钟豆从贝6的、况7惩、钩8叮三个观测孔取屯出溶液，测电起导率值；直到说电导率值达到鞭稳定。室（记3矿）资料整理=1\*GB3扯①瞧.蛾妨在一般坐标系舞和半对数坐标伟系中分别绘制惊～稀曲线；=2\*GB3青②斑.概腾用一般坐标曲拨线求参数；恶在图中找出红值分别等纷于童0.8陪4满和志0.1蛮6规所对应的时间猾和矮按下式计算水定动力弥散系数遇阀呼诞传岭闭(6-30只)饼式踏中紧谎—傍—格水动力弥散系恳数培（样m数2倘/繁d吩）；国—贤—候计算点的坐标双；霉—垮—擦渗流的实际速雷度坏（动m/喂d洲）。=3\*GB3尺③躬.检抖用配线法求参厕数；石在同理论曲线塘相同模数的半奉对数坐标中作娃～至实际材料曲线馅，用曲线同鲜图佛6-4始～未曲线配线，可潜求得刺P洪值，按下式求璃参数。久统夫正困(6-31梨)采2桃.炕野外单井二维绕水质弥散试验稠确定水动力弥喘散系数（1）原理时在地下水一维熊流场中，失踪齐剂的二维弥散下的解：躺赞砌(6-32)诱令透，扑（即单井水质粥弥散）代入上续式：顽家锁限丘许嚼(6-33)脖利用上式可以嘉得夕到滤堆受演颠五秀租在妇状(6-34野)另(6-孟35)艺式疫中恋益—芳—甩含水层渗透系齿数耻（绣m/卸d繁）；凭—蜡—侍水力梯度。滔其它符号意义旧同前。佳（接2慌）实验方法云实验前，要测鄙定实验井水中躬示踪剂的本底宾浓度，然后，电将一定浓度的丘示踪剂形（似NaC版l泽或南I成131登溶液）瞬时注酷入井中，立即绳用投源器上、歉下拉动，使其愿溶混均匀，按圆一定的时间间崭隔