Адвекция и поток подземных вод

  1. Поток подземных вод
  2. Закон Дарси
  3. Скорость Дарси и скорость просачивания
  4. Мобильная пористость
  5. Рекомендации

адвекция это движение подземных вод через недра за счет давления и гравитационной энергии. Комбинированные процессы адвекция , дисперсия , диффузия Сорбция и деградация контролируют, как долго шлейф загрязняющих веществ будет расти, оставаться стабильным или сокращаться, а также то, насколько легко или сложно будет его устранить. Комбинированные эффекты этих процессов представлены в моделях растворенного транспорта с уравнением адвекции-дисперсии-реакции.

Статьи по Теме):

АВТОР (S): Доктор Чарльз Ньюэлл, ЧП


Ключевые ресурсы):

Поток подземных вод

Подземные воды будут поступать из районов с высокими гидравлическая головка (давление и гравитационная энергия) в области нижней гидравлической головки (рис. 1). Наклон изменения гидравлического напора известен как гидравлический градиент. Если подземные воды текут и содержат растворенные загрязнения, они могут транспортировать загрязнения из областей с высоким гидравлическим напором в нижний гидравлический напор (или «понижающий градиент»).

Закон Дарси

В неконсолидированных геологических условиях (гравий, песок, ил и глина) и в системах с сильными трещинами скорость движения подземных вод может быть выражена с использованием Закон Дарси , Этот закон является фундаментальным математическим соотношением в области подземных вод и может быть выражен следующим образом:

Где: Q = Расход (Объем потока подземных вод за время, например, м3 / год) A = Площадь поперечного сечения, перпендикулярного потоку грунтовых вод (длина 2, например м2), VD = «Скорость Дарси»; другой способ описать поток грунтовых вод как поток на единицу площади (единицы длины за время, например, фут / год) K = гидравлическая проводимость (иногда называемая «проницаемостью») (длина за время) ΔH = разница в гидравлическом напоре между двумя боковыми точки (длина) ΔL = длина между двумя боковыми точками (длина)

Гидравлическая проводимость (Таблица 1 и рис. 2) - это показатель того, насколько легко подземные воды протекают через пористую среду, или, альтернативно, сколько энергии требуется для проталкивания воды через пористую среду. Например, мелкий песок (песок с мелкими зернами) означает меньшие поры и большее сопротивление трения и, следовательно, более низкую гидравлическую проводимость (рис. 2) по сравнению с грубым песком (песок с крупными зернами), который имеет меньшее сопротивление течению.

Закон Дарси был впервые описан Генри Дарси (1856) [+4] в отчете о системе водоснабжения он спроектировал для города Дижон, Франция. Он провел эксперименты и пришел к выводу, что количество воды, протекающей через закрытую трубку с песком (темно-серая рамка на рис. 3), зависит от (а) изменения гидравлической головки между входом и выходом трубки, и (б) Гидропроводность песка в трубе. Грунтовая вода течет быстро в случае более высокого давления (ΔH) и проницаемых материалов, таких как гравий или крупнозернистый песок, но медленно, когда давление ниже и материал с низкой проницаемостью, такой как мелкий песок или ил.


Со времени Дарси закон Дарси был адаптирован для расчета фактической скорости движения подземных вод в единицах, например, в метрах, пройденных за год. Эта величина называется «промежуточной скоростью» или «скоростью просачивания» и рассчитывается путем деления скорости Дарси (расход на единицу площади) на фактическую площадь открытых пор, где протекает подземная вода, «эффективная пористость» (таблица 1):


Где: VS = «внутренняя скорость» или «скорость просачивания» (единицы длины за время, например, м / с)
VD = «Дарси скорость»; другой способ описать поток подземных вод как поток на единицу площади (единицы длины за время)
ne = эффективная пористость (без единиц измерения)

Эффективная пористость меньше, чем общая пористость. Разница в том, что общая пористость включает в себя некоторые тупиковые поры, которые не поддерживают грунтовые воды. Обычно значения общей и эффективной пористости приведены в таблице 1.

Скорость Дарси и скорость просачивания

В расчетах подземных вод скорость Дарси и скорость осаждения - две разные вещи, используемые для разных целей. Для любого расчета, в котором используется фактическая скорость потока в единицах объема за время (например, литров в день или галлонов в минуту), следует использовать исходное уравнение Дарси (рассчитать VD; уравнение 1) без использования эффективной пористости. При расчете времени прохождения растворенного вещества необходимо использовать расчет скорости просачивания (VS; Уравнение 2) и требуется оценка эффективной пористости. Рисунок 4 иллюстрирует различия между скоростью Дарси и скоростью разделения.

Мобильная пористость

В последнее время были проанализированы данные многочисленных кратковременных испытаний трассеров, проведенных для проектирования систем восстановления на месте, для лучшего понимания миграции загрязнителей в подземных водах. [6] , В этих испытаниях было обнаружено, что растворенные растворы мигрируют быстрее через водоносный горизонт, чем это можно объяснить типичными значениями ne. Интерпретация заключается в том, что неоднородность неконсолидированных пластов приводит к относительно небольшой площади поперечного сечения водоносного горизонта, несущей большую часть воды, и поэтому растворенные вещества мигрируют быстрее, чем ожидалось. Основываясь на этих результатах, рекомендация состоит в том, что вместо уравнения ne в уравнении 2 следует использовать величину, называемую «подвижная пористость», для расчета скоростей переноса растворенного вещества. Основываясь на 15 различных тестах трассера, типичные значения подвижной пористости находятся в диапазоне от 0,02 до 0,10 (таблица 2).

Рекомендации

  1. ^ 1,0 1,1 Доменико, П. А. и Шварц, Ф. В., 1998. Физическая и химическая гидрогеология. John Wiley & Sons, 2-е изд., 528 стр. ISBN 978-0-471-59762-9.
  2. ^ McWhorter, DB and Sunada, DK, 1977. Гидрология и гидравлика подземных вод. Публикация водных ресурсов, ООО. 304 стр. ISBN 978-0-918334-18-3
  3. ^ Freeze, RA and Cherry, JA, 1979. Подземные воды. 604 стр. ISBN 978-0133653120
  4. ^ Дарси, H., 1856. Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon, Дальмонт, Париж. doi: 10.1029 / 2001WR000727
  5. ^ Heath, RC, 1983. Базовая гидрология подземных вод, Геологическая служба США, 222, 86 стр. Отчет pdf
  6. ^ 6,0 6,1 Пейн Ф.К., Куиннан Д.А. и Поттер С.Т., 2008. Гидравлика восстановления. CRC Press. ISBN 978-1-4200-0684-1

Смотрите также

 
Карта