彌散又稱水動力彌散或水力彌散，為溶質示蹤物稀釋時的擴散現象。當一定數量溶質示蹤物在地下水流中運移而逐漸傳播時，可以占據超出地下水平均流速所影響的範圍，愈擴愈大。彌散是由質點的熱動能和流體的對流而引起的，是分子擴散和機械混合兩種作用的結果。所以彌散具有分子擴散和機械彌散兩種作用。在滲透性能較好的含水層中，地下水流速較大時，機械彌散作用比分子擴散作用大，有時可忽略後者；而在較細顆粒的多孔介質中，地下水流速通常很慢，分子擴散作用比較明顯。
基本介紹
- 中文名：彌散
- 外文名：Dispersion
- 別稱：水動力彌散
- 套用學科：環境工程
- 適用領域範圍：環境生態
- 分類：分子擴散、機械彌散
釋義,分子擴散,機械彌散,彌散係數,分類,成因,
釋義
地下水流中的溶質(如污染物、示蹤劑等)沿流向逐漸傳播擴散，並在滲流區域中占有愈來愈大的體積的現象。主要由兩類基本現象組成。一為對流，亦稱“機械彌散”。指污染物隨水流一起在岩石或土的孔隙中流動，不斷被分散進入更多的孔隙，因而在岩石或土中占據愈來愈多的體積。二是分子擴散，由含污染物的水和不含污染物的水中的溶質濃度差引起。即使在靜水中也能產生分子擴散。沿地下水流向的彌散稱“縱向彌散”，垂直於地下水流向的彌散稱“橫向彌散”。在地下水污染預測、地下水人工回灌和海岸帶的鹹水入侵的研究中有重要的套用。
分子擴散
靜止水體中的溶質在溶液濃度梯度的作用下，從濃度高處向濃度低處的運移現象。分子擴散與分子、離子及質點的熱運動有關，最終可使溶液濃度達到平衡。溶液中溶質的分子擴散速度服從費克(Fick)定律。
機械彌散
恆溫條件下多孔介質中流體所產生的溶質擴散效應。在總體上，水流應按某一平均流速運動。但由於孔隙、裂隙分布的不均勻，幾何形狀和大小的不同，實際上溶質示蹤物是沿著曲折的滲透途徑運動的，水流的局部速度在大小和方向上發生著變化，引起溶質在介質中擴散的範圍愈來愈大。
彌散係數
彌散係數表征地下水中溶質遷移的重要水文地質參數，它表征在一定流速下，多孔介質對某種溶解物質彌散能力的參數。水動力彌散係數是一個與流速及多孔介質有關的張量。具有方向性，即使在各向同性介質中，沿水流方向的縱向彌散係數和垂直水流方向的橫向彌散係數也不相同，但天然條件下，大多數地下水垂向上的水流運動很小，彌散作用可忽略。水動力彌散係數包括機械彌散係數與分子擴散係數。當地下水流速較大時，分子擴散係數可以忽略。假設彌散係數與孔隙平均流速呈線性關係，這樣可先求出彌散係數再除以孔隙平均流速便可獲取彌散度。
分類
① 根據彌散方向的不同，可以把彌散分為縱向彌散、橫向彌散、垂向彌散和逆彌散。
縱向彌散是指污染物沿著地下水流動方向發生的擴散現象。
橫向彌散是指污染物沿著水平面上垂直於地下水流動方向發生的擴散現象。
垂向彌散是指污染物沿著垂直於地下水流動方向發生的上、下擴散現象。
逆彌散是指在水流流速很小的情況下．污染物沿著與地下水水流相反方向發生的擴散現象。
② 根據作用效果的不同，可以把彌散分為物理化學彌散和機械彌散。
物理化學彌散主要是物理化學作用的結果，它是由化學勢梯度所引起的，而化學勢梯度則與濃度有關。由於地下水中所含污染物的濃度不均一，濃度梯度使得高濃度處的物質向低濃度處運動，從而達到濃度平衡。使得污染物在地下水中發生彌散現象。所以物理化學彌散作用是一種使地下水中污染物濃度均勻化的過程。
機械彌散主要是純力學作用的結果，當流體在土壤中運動時，由於有土壤孔隙的存在，使得各個位置的流速的大小和方向都不同，從而導致污染物在土壤孔隙中不均勻運動。因此，通過不同孔隙的污染物，在某時間間隔之後到達的位置也不相同，最終導致污染物在地下水中發生彌散現象。
成因
從微觀上來說，造成對流彌散的兩個基本要素是地下水的流動和土壤孔隙的存在。由於地下水的流動，當地下水在土壤孔隙中運動時。可溶性污染物將隨地下水一起運動，某些不溶於水的污染物也會隨地下水一起運動，由於有土壤孔隙通道的存在，導致污染物在土壤和地下水中被逐步地分散開，並占據土壤孔隙越來越多的體積，當土壤孔隙達到飽和以後，多餘的污染物會隨著地下水繼續向前運動，從而使得污染物在地下水中不斷地向周圍擴散。
從巨觀上來說，流動區域不同部分的滲透性差異和水流不均勻的流動，也是造成對流彌散的一個重要因素。由於地下水的流動區域滲透性的差異，使得各個區域污染物的濃度不同，再加上滲透性的不同，不同區域水流流速的不同，導致不同區域對於污染物的截留作用也不相同，污染物在地下水中擴散速度不同。流速較快的區域，污染物的擴散速度較快，污染的範圍和濃度也會增加；流速較慢的區域。污染物的擴散相對來說較慢。污染物的濃度變化較小。由於以上因素的綜合影響。最終使得污染物在地下水中不斷地向周圍擴散。
