水动力弥散系数水动力弥散系数的确定方法

影响水动力弥散系数的因素有许多，包括水动力条件、水温和溶质浓度等。弥散系数的测定大都采用示踪剂在含水层中的弥散曲线来求解，也可通过室内弥散试验确定，但大量资料表明，实验室模拟与野外测量得到的弥散度有数量级上的差异（一般是室内测定值偏小），现在已开始研究利用尺度效应分维来描述纵向弥散度随尺度增加而增大的规律。

水动力弥散是大量个别的溶质质点，通过孔隙的实际运移，与发生在孔隙中的各种物理和化学现象的宏观反映．造成水动力弥散的原因是非常复杂的，它包括流体的流动，多孔介质复杂的微观结构、分子扩散和流体性质（如密度、粘度等）的变化对流速的影响等，但其中主要是由溶质在多孔介质中的分子扩散和机械弥散所引起。

分子扩散是由于流体中所含溶质浓度不均匀而引起的一种物质运移现象。浓度梯度使得物质从浓度高的地方向浓度低的地方运移，结果是浓度趋于均匀化，分子扩散服从Fick定律。

机械弥散则主要是纯力学作用的结果。当流体在多孔介质中流动时，固相与液相之间的相互作用非常复杂，包括示踪剂颗粒在固体表面上的吸附、沉淀、溶解、离子交换、化学反应及生物过程等。但对示踪剂的运移来说，最主要的是机械作用。所谓机械作用，就是由于孔隙系统的存在，使得流速在孔隙横截面上的分布无论其大小和方向都不均一，一般分为以下三种情况：

（1） 在同一孔隙中，由于液体有黏滞性以及结合水对重力水的摩擦阻力，使得最靠近隙壁部分的水流速度趋近于零，向轴部流速逐渐增大，至轴部最大，类似于笔直的毛细管中的流体速度的抛物线状分布；

（2） 在不同的孔隙中，由于孔隙大小不一，造成孔隙各自的轴间最大流速存在差异；

（3） 受相互连通的孔隙空间的形状影响，即固体骨架的阻挡，水流方向也随之不断改变，因此对于水流平均方向而言，具体流线的位置在空间是摆动的。这几种现象同时发生，由此造成开始时彼此靠近的示踪剂质点群在地下水流动过程中不是一律按平均流速流动，而是不断地被分细，进入更为纤细的通道分支，从而使得地下水质点逐渐扩展开，超出仅按平均流动所预期的扩展范围。我们把流体通过多孔介质流动时，由于微观尺度上流速的不均一所造成的这种地下水质点散布的现象称为机械弥散 。

水动力弥散系数包括机械弥散系数与分子扩散系数。当地下水流速较大时，分子扩散系数可以忽略。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。

（1）是二秩张量，通常认为是对称的；

（2）它有主方向：一个与水流速度矢量的方向（即与流体有关，和介质无关）一致，另外两个方向一般是任意的，但要与第一个方向垂直。

（3）该系数大小取决于水流速度的模量。

所以水动力弥散系数具有各向异性的特点，即使介质的渗透性各向同性，弥散系数仍然可能具有各向异性的特点，因弥散张量的各向异性源于浓度的传播在速度方向要快于其横向传播。 2100433B

是土壤水盐运移的一个重要参数，多见于土壤模型之中。表征一定流速下，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。包括机械弥散系数与分子扩散系数。

指恒温条件下多孔介质中流体所产生的溶质扩散效应。在总体上，水流应按某一平均流速运动。但由于孔隙、裂隙分布的不均匀，几何形状和大小的不同，实际上溶质示踪物是沿着曲折的渗透途径运动的，水流的局部速度在大小和方向上发生着变化，引起溶质在介质中扩散的范围愈来愈大。机械弥散系数可以表征多孔介质中溶质示踪物随渗透水流运移的特性。机械弥散系数（Dh）与水流渗透速度（V）成正比，且与多孔介质颗粒的大小和分布有关，即Dh=λ2V，式中λ2为表征多孔介质平均粒径及其不均匀特征的参数。Dh的量纲为[L2/T]。机械弥散系数有两个分量：纵向弥散和横向弥散，前者是水流方向上的弥散作用；后者是垂直于水流方向上的弥散作用。在多孔介质中进行的实验表明，纵向弥散比横向弥散大5至20倍。

表征物质分子扩散能力的物理量，受系统的温度、压力和混合物中组分浓度的影响。根据斐克定律，组分A在组分B中的分子扩散系数，其值等于该物质在单位时间内、单位浓度梯度作用下、经单位面积沿扩散方向传递的物质量。

组分在气体中分子扩散系数约10-5～10-4平方米/s，在液体中约为10-9～10-10平方米/s。在固体中约为10-9～10-14平方米/s。分子扩散系数的准确数值是通过实验测定的。气体和液体中的分子扩散系数，也用一些半经验公式估算。