在自由水表面效应的环境的分散性

在自由水表面效应的环境的分散性占主导地位的湿地：多尺度分析1引言首先介绍的G.I.的泰勒于1953年在他著名的研究可溶性物质在溶剂中缓缓流淌虽然长和细管[1]，分散是指过程中，溶质作为一个结果，纵向传播的横截面中的不均一的速度和扩散。

这过程中发生的各种环境流量包括在开放的渠道，河流，河口和湿地[2-7]。

显着的努力，已取得研究分散在湿地环境。

理论基础上的随机游走offluid颗粒，Nepf[8]设计了一个模型在调查的横向扩散的污染物湿地。

作为改进，与更多的横向扩散因素，包括流速，阻力系数，干直径，和特性茎之间的距离是在替代模式探索Nepf审议塞拉[9,10]的基础上的机制湍流和机械扩散。

Lightbody和Nepf[11,12]给出一个公式来估算纵向弥散度流经湿地的紧急植被为主的盐捣烂和纵向弥散度植被与互花米草，估计实验数据的迎风面积，茎粗，扩散。

鉴于可能增加的色散由于湿地包含在死区的存在，淹没檐篷，墨菲等人。

[13]分析了相对淹没，即，水深度比冠层高度，使用的纵向弥散度两区模型。

nepf等。

[14]提出了一种两箱模型来描述纵向分散资金流入沉水植物，湿地重建水体占主导地位的纵向对流和纵向的交流。

虽然这些模型考虑到考虑到环境分散的贡献速度在一定程度上的异质性的，横向或一直没有垂直的肤浅的速度变化考虑。

环境分散在分析解决方案严格的湿地已被陈和他的研究员。

对于不同的流动模式的湿地，他们分别导出的流量配置文件的深度，宽度，深度和宽度为主的湿地，并为两区湿地[6,15-18]，usingfluid 动态多孔介质[19,20]。

基于一个环境分散的平均浓度为扩展泰勒的经典分析模型的进化分散和集中的时刻阿里斯的方法，对环境的分散性分析解决方案然后得到的specifiedflow速度分布[6,15-18]。

中污染物运移的深度为主导的湿地是典型的多时间尺度。

对于分析溶液中，所提出的多尺度分析单phasefluidflow[21,22]是分散在美很能说明问题。

湿地科学，吴等人thefield。

[17]首先采用了这种分析的过程来分析分散问题中的污染物wetlandflows的。

然而，湿地种在他们的研究中占主导地位宽度的效果，这意味着在分散过程确定由密闭固体之间的剪切流边界。

这的宽度为主的湿地是最有可能在的情况下遇到的浅水湿地或潜流人工湿地。

更典型的湿地自然存在的，深刻的wetlandflow一个免费的水的表面可以是非常不同的特性的，由于的明显diverseflow的污染物弥散详细信息。

扩散过程的深度占主导地位的wetlandflow可以是更重要的。

对于大众运输的情况下，充分developedflow通过深度为主的湿地，在这项工作中提出是一个多尺度的纵向演化分析根据环境的垂直平均浓度分散。

本文的具体目标是：1），以给湿地中的传质方程通过在我们的研究;2）提出了一种纵向交通运输对环境的分散模式;三）提交多尺度分析测定的主导的污染物浓度的变化，以及4）确定和分析环境，精神分散性的wetlandflow的的表达。

2制剂的浓度运输一旦有一个瞬间释放成的深度为主导的wetlandflow的可溶性物质的起源的初始时间，进化行为溶质云具有总体上分为两个阶段。

最初，有是一个大型的纵向垂直梯度的平均浓度，和垂直的浓度差所造成的方差的纵向速度，在该垂直方向上不能平衡由垂直扩散所产生的垂直方向浓度梯度。

垂直平均的浓度，从而形成了一个倾斜的纵向分布。

随着时间的推移，纵向平均浓度的梯度减小，andfinally 的垂直的浓度不同，可平衡垂直扩散和分布的纵向垂直平均浓度趋于正常分布。

在这样的情况下，重心的solutemoves在所用溶剂的垂直平均速度，它分散由虚拟的扩散系数纵向[2,23]。

后者的演变阶段被称为环境的分散性。

对于一个典型wetlandflow的，基本质量方程传输可以采用一般的相位平均规模[6,19,24](方程)whereUis的速度½M$ S-1，t为时间½S？，φporosity½½无量纲，κtortuosity占无量纲？空间结构的多孔介质，Cconcentration半公斤（百万元）-3，L的浓度扩散½米2$ S-1，和K张½M浓度的分散性2$ S-1？像扩散浓度运输有效的描述单相清晰的水流在微观通道规模化，微观弥散浓度性能有效的描述superficialflow相平均规模的操作阶段平均涂抹出两者之间的不连续性阶段的环境水和固体结构。

“集中运输方程的对流扩散方程的组合，是一个微小的分散法。

考虑溶质运移通过深度为主导的在充分发展unidirec tionalflow的湿地depthH在笛卡尔坐标系统，与longitudinalx轴对齐与verticalz theflow方向，轴，和起源设置在床的壁，如图所示。

1。

（图）对于深度为主导的wetlandflow式。

（1）成为（方程）考虑具有质量均匀的和瞬时释放的污染物在截面OFX¼0在时间吨¼0，初始条件可以设置为（方程）whereδðxÞis狄拉克δ函数在非渗透条件在床墙OFZ的¼0水和自由水表面OFZ¼Hread作为（方程）由于释放的污染物isfinite的量，我们上游和下游的边界条件（方程）3浓度的多尺度分析运输是由美的情况下与多尺度分析一个单一的phaseflow[21]。

对于目前的情况下，为湿地流中，有三个时间尺度的分散阶段运输过程中，即，T1¼Ĥ2=κLTHK表φ？？为扩散时间整个深度的wetlandH，T2¼L =整个特性的对流时间长洛夫的污染物云（UMIS的垂直平均速度），这是显着的深度大于H，和T3¼ł2=κLTHK表φ作为扩散时间跨云一个小参数的长度L.ε¼H = L <<1，之间的关系的时间尺度可以一般可表示为（方程）考虑到Peclet数（方程）是为了统一无量纲参数（方程）控制方程和边界条件浓度可以改写为（方程）（方程）在这里，我们介绍了多个时间坐标（方程）因此，浓度的变化与无量纲表示为时间τcan被（方程）与多尺度扩展相关（方程）代入。

（12）和式。

（13）式代入。

（9）和式（10），我们有（方程）（方程）根据方程。

（14）式和（15），扰动问题forOðε0这获得（方程）（方程）为了解决这个偏微分方程，我们采取积分变换技术。

首先，我们引入变换的浓度（方程）（方程）和解决方案，这常微分方程（方程）（方程）在那里和，T的函数与变量吗？1，和t2。

然后对C0的溶液及时发现通过逆转型为（方程）显然很长一段时间的演变，C0是独立的吗？和T0由于第二方程，在右手侧的期限。

（22）很快就消失了，因为它的指数衰减，从而我们有（方程）我们定义的深度平均为任何variablef（方程）平均手术式（16）导致（方程）根据方程。

（14）式和（15），扰动问题forOðε1当前执行以下操作：（方程）它很容易从方程。

（11）吨0是一个更大的时间尺度吴丹1，在左手侧和第二项方程。

（26）可以被忽略。

式。

（26）可以改写了Alpha（方程）我们采用平均手术式。

（28）和通用电气（方程）乘以一个的数量ofεto式每届任期。

（29）有（方程）减去式。

从方程（29）。

（28）给出（方程）whereψ＃¼ψ-ψhi是速度的非均匀性。

因为0我们是独立的吗？（方程）代入。

（32）式代入。

（31）和式（27）的结果在（方程）（方程）来计算thenGð？Þcan与specifiedψ＃以获得明确表达C1根据方程。

（14）式和（15），动问题forOðε2当前执行以下操作：（方程）（方程）Sincet0是一个更大的时间尺度吴丹1andt2，第三个在左手侧的式中的术语。

（35）是可以忽略不计，和式。

（35）可以改写为（方程）根据方程。

（29）和式（32），我们有（方程）和式。

（37）可以改写为（方程）应用深度平均手术式。

（39）和乘以quantityε2在每学期的这个公式，我们有（方程）添加式。

（40）式和（30）式。

（25）的结果在（方程）如果我们使用的关系式。

（12）成反比，表达式可表示为（方程）WithT¼τ，？¼= H-Peψhiτ，方程。

（42）可以重写如（方程）4环境分散以平均式操作。

（9），与援助的式。

（10），给（方程）代分解OFC¼ChiþC和ψ¼ψhiþψ＃入式。

（44）给出（方程）（方程）whereDL是泰勒的分散性。

类似关闭模型已被广泛地应用于处理对于河流，河口等环境运输意思是在密闭的多孔介质中的溶质浓度，哈姆丹等。

[25]甚至提出了一个扩展的高虽然与复杂性超出范围的实际模型，暂时的申请。

类似的操作平均收益率Taylor分散的研究填充床与地下水污染和代入。

（46）式代入。

（45）的结果在化学工程[7,26]。

（方程）与T¼τ？¼X = H-Peψhiτ式。

（47）可以改写了（方程）whereD¼1þPeDL是对环境的分散性，改造的？，Tsystem使我们能够查看大众运输弗勒曼观察员移动的速度ofPeψ的喜。

考虑了C喜¼C0在很长一段时间演化，比较式。

（48）式和（43）给出（方程）5环境的分散性曾和陈[6]已经获得的分析解决方案的速度分布在深度占主导地位湿地作为（方程）在哪里？：Z =是一个无量纲参数，（方程）反映粘性应力的共同作用下，植被拖动和横向动量微观的分散;whileFis剪切因子，Lvertical的势头微观的分散性和动力粘度垂直平均速度的湿地流，如：（方程）据定义的无量纲速度式。

（8），与式的援助。

（50），的速度非均匀性可以计算为（方程）求解方程。

（33）与式的帮助。

（34）式和（53），我们有（方程）（方程）（方程）发现中提出的结果是相同的曾和陈[6]，曾[23]。

图2示出的变化ofDswithPewhenα= 1.0，3.0，5.0，7.0，9.0，。

图3示出的变化ofDswithαwhenPe= 1.0，3.0，5.0，7.0，9.0，分别为。

可以发现，局和部门随Pe的增加，并随增加中α。

这些模式是在按照趋势已发现的宽度为主导的wetlandflow[17]，但不同的详细信息。

显然，分散性的深度占主导地位的wetlandflow较大的幅度，表示一个更密集的分散过程。

6结论自由水表面的效果，其特征在于主要由在本研究中的多尺度分析。

原发性高血压影响生态风险评估的情况下，集中运输的深度为主的湿地多孔介质中流动的基本方程浓度运输流程，制定了一套以严谨的扩展泰勒的经典色散分析在纯流体流动，一个基本的环境扩散模型的模型运输中的污染物的深度占优wetlandflow。