地下水运动剖析.ppt

水动力弥散 分子扩散 机械弥散 由浓度高的方向向浓度底 的方向运动，趋于均一 由于微观多孔介质中流速分布的不均一而引起的示踪剂（水质点）浓度在地下水含水层中不均匀分布的现象。 两部分 同一空隙中不同部位的流速分布不均匀 不同空隙的流速大小不同 固体骨架导致流速分布的不均匀 （1） （2） （3） 地下水质点运动速度的差异是产生水动力弥散的根本原因 平行于平均流速方向上的弥散 垂直于平均流速方向上的弥散 纵向弥散 横向弥散 Fick定律 描述溶质弥散规律 Fick定律 2、Fick定律 对于上有溶质、溶剂两种组分构成的二元体系，α组分在等温条件（忽略热扩散）相对于质量平均速度的扩散通量 对于低浓度溶液，浓度C的改变并不明显地影响密度，于是密度可视为常量，则： 3、控制方程：质量守恒定理 在多组分组成的流体体系中任取一点P (x, y, z),以P为中心取一微小的质量平衡体，其侧面分别平行与3个坐标面，边长分别为△x、△y、 △z。 质量守恒原理:在时间△t内，组分α在这个单元体中的净流出（或流出）量（暂不考虑起内部有质量产生和消失），应等于这个单元中α组分的质量变化 设 分别表示α组分密度、x,y,z方向的速度分量。 3、控制方程：质量守恒定理 其中： 经过△t时间后，质量均衡体中 的变化量。 将上式左右两端同除以 得： 3、控制方程：质量守恒定理 I 是多组分组成的流体中，单位体积流体在单位时间内，由于化学反应或其它原因所产生（或消失）的α组分的质量。 3、控制方程：质量守恒定理 稀释的二元体系中α组分的对流—扩散方程 应用条件： 1、二元体系；2、等温条件；3、低浓度； 3、控制方程：质量守恒定理+Fick定律 对于一维流动二维水动力弥散： 对于一维流动一维水动力弥散： 对流—扩散方程 3、控制方程 源汇项指在单位时间液相体积中由于化学反应、生物化学作用或抽注水等产生减少α组分质量的速率。 4、源汇项 1） 放射性密度与化学、生物化学反应 2） 吸附与解吸 3） 抽水与注水 4、源汇项：放射性、生物化学反应 若研究对象是地下水中某种放射性物质作为示踪剂，则它的浓度分布受对流和弥散的影响外，还将受到其自身的放射性衰变的影响。 若由于化学反应或生物化学反应而使示踪剂在单位体积溶液中的消耗速率或产生速率与其浓度成正比，也可以用上述式子表示。 4、源汇项：吸附与解吸 在一定条件下，溶液中某些溶质在多孔介质的固相表面产生吸附、解吸或者离子交换等物理化学作用。如果这些溶质属于我们的研究对象，则这些作用的结果应该综合到源汇项中，如果固相表面吸附示踪剂，视为汇，否则，称为解吸，视为源，而离子交换即可视为汇也可视为源。 4、源汇项：吸附与解吸 溶解相Ａ与吸附　　之间的吸附－解析作用,往往是一个可逆的过程: 多孔介质含水率 固体骨架密度 溶解项A的密度 吸附相的密度 只是用 去除以水动力弥散系数 和流速u，由于 ，因 此吸附作用产生的后果，相对于 和 均减小 ，起到减缓 弥散的作用。所以把 称为：减缓因子。 4、源汇项：吸附与解吸 4、源汇项：抽水与注水 如果含水层当中有抽水或注水井，含水层中示踪剂的质量就会发生变化，而且抽水与注水导致源汇项的变化不同。当抽水时： 假设单位时间内从单位体积含水层中的抽水量为W。 孔隙率 为抽水点处的溶质浓度 表示失去的溶质 抽水量 4、源汇项：抽水与注水 当注水时 若向含水层中注入含有示踪剂的水（示踪剂浓度C0） 孔隙率 为注水点处的溶质浓度 注水量 5、初始条件与边界条件 水动力弥散方程揭示了溶质在地下水中运移的一般规律，对于一个具体问题，我们必须知道其初始的状态，以及边界条件，才能达到地下水中溶质的空间分布规律及其随时间的变化。 初始条件 边界条件 5、初始条件 描述综合初始时刻，研究区D内各点（x,y,z)处的浓度分布状态的条件（数学表达式） 初始条件确指原始状态；初始时刻可以任意选定，只要已知那一时刻研究区各点的浓度即可。初始条件的如何选取，应该根据研究问题的需要、资料状况及计算与模拟方法等因素确定。例如：t=0时向某区域注入含示踪剂的水，若在此之前研究区D不含该示踪剂，则C（x，y，z）=0。如：在弥散试验时，可将示踪剂注入前浓度分布视为初始状态。又如设计治理地下污水方案时，可将现状污染物分布视为初始条件。 边界条件指的是研究区边界上的溶质浓度分布和变化情况或边界上流入（或流出）