水動力彌散係數（D）是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（DL）和垂直水流方向的橫向彌散係數（Dr）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。
基本介紹
- 中文名：水動力彌散係數
- 外文名：Hydrodynamic diffusion coefficient
- 套用學科：水文地質學
- 適用領域範圍：環境生態
- 影響因素：水動力條件、水溫和溶質濃度等
- 分類：機械彌散係數與分子擴散係數
簡介,水動力彌散機理,水動力彌散係數的確定方法,水動力彌散係數的特點,
簡介
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。
水動力彌散機理
水動力彌散是大量個別的溶質質點，通過孔隙的實際運移，與發生在孔隙中的各種物理和化學現象的巨觀反映．造成水動力彌散的原因是非常複雜的，它包括流體的流動，多孔介質複雜的微觀結構、分子擴散和流體性質（如密度、粘度等）的變化對流速的影響等，但其中主要是由溶質在多孔介質中的分子擴散和機械彌散所引起。
分子擴散是由於流體中所含溶質濃度不均勻而引起的一種物質運移現象。濃度梯度使得物質從濃度高的地方向濃度低的地方運移，結果是濃度趨於均勻化，分子擴散服從Fick定律。
機械彌散則主要是純力學作用的結果。當流體在多孔介質中流動時，固相與液相之間的相互作用非常複雜，包括示蹤劑顆粒在固體表面上的吸附、沉澱、溶解、離子交換、化學反應及生物過程等。但對示蹤劑的運移來說，最主要的是機械作用。所謂機械作用，就是由於孔隙系統的存在，使得流速在孔隙橫截面上的分布無論其大小和方向都不均一，一般分為以下三種情況：
（1） 在同一孔隙中，由於液體有黏滯性以及結合水對重力水的摩擦阻力，使得最靠近隙壁部分的水流速度趨近於零，向軸部流速逐漸增大，至軸部最大，類似於筆直的毛細管中的流體速度的拋物線狀分布；
（2） 在不同的孔隙中，由於孔隙大小不一，造成孔隙各自的軸間最大流速存在差異；
（3） 受相互連通的孔隙空間的形狀影響，即固體骨架的阻擋，水流方向也隨之不斷改變，因此對於水流平均方向而言，具體流線的位置在空間是擺動的。這幾種現象同時發生，由此造成開始時彼此靠近的示蹤劑質點群在地下水流動過程中不是一律按平均流速流動，而是不斷地被分細，進入更為纖細的通道分支，從而使得地下水質點逐漸擴展開，超出僅按平均流動所預期的擴展範圍。我們把流體通過多孔介質流動時，由於微觀尺度上流速的不均一所造成的這種地下水質點散布的現象稱為機械彌散。
水動力彌散係數的確定方法
影響水動力彌散係數的因素有許多，包括水動力條件、水溫和溶質濃度等。彌散係數的測定大都採用示蹤劑在含水層中的彌散曲線來求解，也可通過室內彌散試驗確定，但大量資料表明，實驗室模擬與野外測量得到的彌散度有數量級上的差異（一般是室內測定值偏小），現在已開始研究利用尺度效應分維來描述縱向彌散度隨尺度增加而增大的規律。
水動力彌散係數的特點
（1）是二秩張量，通常認為是對稱的；
（2）它有主方向：一個與水流速度矢量的方向（即與流體有關，和介質無關）一致，另外兩個方向一般是任意的，但要與第一個方向垂直。
（3）該係數大小取決於水流速度的模量。
所以水動力彌散係數具有各向異性的特點，即使介質的滲透性各向同性，彌散係數仍然可能具有各向異性的特點，因彌散張量的各向異性源於濃度的傳播在速度方向要快於其橫向傳播。
