文档介绍：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)试验原理
以人工配制的均质各向异性岩样,进行示踪剂注入实验。具体假设及要求如下:
①. 试验流场为均质不可压缩的稳定的一维流场,渗流为定水头补给的一维弥散;
②. 多孔介质是均质的,渗透系数,孔隙度和弥散系数都是常数;
③. 流体是不可压缩的均质液体,密度、粘滞度为常数,温度不变;
④. 试验土柱(或砂柱)及其中之流体,示踪剂的初始浓度为一定值。
⑤. t=0时刻,在土柱一端(x=0)瞬时注入定浓度示踪剂溶液( NaCl溶液)。
计算公式: (6-27)
(6-28)
(6-29)
式中:C—t时刻计算点的浓度;
—观测点的浓度峰值;
X—计算点的坐标;
t—时间;
D—弥散系数(m2/d);
U—地下水的实际流速;
图6-3 实验装置图
1、4、12,阀门;2. 导气管;;
5、13,出水管; 6、7、;
; ;
;
为峰值到达时间;
利用(6-27)式绘制CR~tR理论曲线。
(2)试验装置及步骤
实验装置包括装样筒、供水瓶、电导率仪和测压管、烧杯。如图所示:装样筒长60cm,直径为14cm的有机玻璃圆筒,装样长度为56cm。其中左侧安装测压管(图6-3中位置10)观测各点水头,右侧(图中位置6、7、8)用于取样测量电导率(浓度值)。因为地下水流速一般较小(即供水量不大),可采用马氏瓶供水,用于饱和土样、控制稳定供水。打开阀门4和12,保持定水头供水。出口5可用于控制定水头水位。
试验中观测流体中浓度的仪器为电导率仪,通过测定流体的电导率就可知道流体的浓度。
①.装样:为了制造与天然相同的模拟条件,根据试样的湿容重和体积计算出所需要的试样的重量,经过分层捣实装入砂柱内,基本可